torres de resfriamento

5/9/2018 torres de resfriamento - slidepdf.com

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MMááqquuiinnaass TTéérrmmiiccaass II

CCAA RR AA CCTTEE RR ÍÍ SSTTII CCAA SS EE TTRR AA TTAA MMEE NN TTOO DD AA ÁÁ GG UU AA PPAA RR AA

TTOO RR RR EE SS DD EE RR EE SSFFRR II AA MMEE NN TTOO

Autor Allan Sven Sarev

Engenheiro

Compilação

Luiz Carlos Martinelli Jr.Professor UNIJUÍ - Campus Panambi



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A impressão e utilização deste caderno foi possibilitada pela parceria entre a ARGALQuímica Ind. e Com. Ltda. e a UNIJUÍ, em seu Curso de Engenharia Mecânica.

A ARGAL1, fundada em 1960, é uma empresa que atua principalmente nos setores de produtos químicos e serviços voltados para tratamento de águas industriais, vernizes gráficos eespecialidades químicas.

Possui sede própria instalada em São Caetano do Sul, SP, onde conta com prédioadministrativo, laboratórios, centro de pesquisas e unidades industriais e, em São Bernardo doCampo, SP, possui ainda o CRT - Centro de Treinamento e Recreação.

O Curso de Engenharia Mecânica da UNIJUÍ2, criado em 1992, dentro de uma filosofia

de trabalho, procura fornecer aos seus acadêmicos informações tecnológicas dentro de umcontexto atual, moderno.

Situado em Panambi, RS, o Curso procura uma integração entre Teoria e Prática,estreitando relacionamentos com empresas de ponta. Parcerias com empresastecnologicamente avançadas facilitam a troca de informações, gerando dúvidas, questões,

pesquisas e, como conseqüência, conhecimento.

1 ARGAL Química Ind. e Com. Ltda.Rua Major Carlo Del Prete, 1596/1608 - São Caetano do Sul - SPFone: (011) 7690 - 2200 Fax: (011) 441 - 97592 UNIJUÍ - Campus Panambi

Av. Prefeito Rudi Franke, 540 - Caixa Postal 14Fone/Fax: (055) 375 - 4466e-mail: [email protected]



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SUMÁRIO

I - INTRODUÇÃO............................................................................................................................... 5

1. DEFINIÇÃO DE TORRE DE R ESFRIAMENTO DE ÁGUA........................................................................... 52. VANTAGENS................................................................................................................................... 5

II - CARACTERÍSTICAS DAS ÁGUAS E TRATAMENTO PRIMÁRIO ...................................... 5

III - NOÇÕES GERAIS DE TORRES DE RESFRIAMENTO.......................................................... 5

L. COMPONENTES ............................................................................................................................... 62. TIPOS DE TORRES E SUAS CARACTERÍSTICAS ..................................................................................... 6

2.1 - Torre de Ventilação Natural ................................................................................................. 6 2.2 - Torre de Tiragem Natural..................................................................................................... 7 2.3 - Torre de Tiragem Mecânica.................................................................................................. 7

3. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS E ECONÔMICAS DE UMA TORRE ...................................................... 93.1 - Materiais de Construção...................................................................................................... 93.2 - Características Econômicas.................................................................................................. 9

IV - TIPOS DE SISTEMAS DE RESFRIAMENTO......................................................................... 10

1. I NTRODUÇÃO................................................................................................................................ 102. SISTEMA ABERTO ......................................................................................................................... 103. SISTEMA FECHADO ....................................................................................................................... 104. SISTEMA SEMI-ABERTO DE R ECIRCULAÇÃO ................................................................................... 10

V - BALANÇOS MASSICOS ............................................................................................................ 11

1. I NTRODUÇÃO................................................................................................................................ 112. MECANISMOS DE R ESFRIAMENTO EM SISTEMAS SEMI-ABERTOS...................................................... 113. PERDAS NO SISTEMA DE ÁGUA DE R EPOSIÇÃO................................................................................ 11

4. Í NDICE DE LANGELIER E Í NDICE DE R YZNAR ................................................................................... 125. CICLOS DE CONCENTRAÇÃO E TEMPO DE R ETENÇÃO ...................................................................... 13

VI - PRINCIPAIS PROBLEMAS EM SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO........... ...... ...... ...... ....... 14

1. CORROSÃO ................................................................................................................................... 152. I NCRUSTAÇÕES E FORMAÇÕES DE DEPÓSITOS................................................................................. 15

2.1 - Carbonato de cálcio ........................................................................................................... 152.2 - Sulfato de cálcio ................................................................................................................. 16 2.3 - Deposição de Ferro ............................................................................................................ 16 2.4 - Sílica .................................................................................................................................. 16 2.5 - Contaminações Oleosas...................................................................................................... 16 2.6 - Contaminações Microbiológicas......................................................................................... 16

2.7 - Sólidos em Suspensão ......................................................................................................... 17 2.8 - Contaminações por hidrocarbonetos................................................................................... 17 3. PROLIFERAÇÃO DE MICROORGANISMOS ......................................................................................... 17

3.1 - Introdução.......................................................................................................................... 17 3.2 - Algas .................................................................................................................................. 17 3.3 Fungos............................................................................................................................... 193.4 - Importância de um controle de crescimento biológico ........................................................ 213.5 - Conseqüências de um controle inadequado......................................................................... 21

VII - TRATAMENTO DE ÁGUA DO SISTEMA DE RESFRIAMENTO...................................... 22

1. FINALIDADE ................................................................................................................................. 222. CARACTERÍSTICAS GERAIS ............................................................................................................ 223. A NÁLISE DE UM SISTEMA E PROCEDIMENTOS ................................................................................. 22

4. I NIBIDORES DE CORROSÃO ............................................................................................................ 234.1 - Introdução.......................................................................................................................... 23



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4.2 - Cromato ............................................................................................................................. 234.3 - Fosfatos condensados ou Polifosfatos................................................................................. 234.4 - Sais de zinco....................................................................................................................... 244.5 - Produtos Orgânicos............................................................................................................ 244.6 - Nitritos ............................................................................................................................... 24

5. AÇÃO DOS AGENTES A NTI-DEPOSITANTES..................................................................................... 24

5.1- Introdução........................................................................................................................... 245.2 - Floculantes......................................................................................................................... 245.3 - Dispersantes....................................................................................................................... 245.4 - Quelantes ........................................................................................................................... 25

6. COMBINAÇÕES SINÉRGICAS........................................................................................................... 256.1 - Introdução.......................................................................................................................... 256.2 - Cromato-polifosfato............................................................................................................ 256.3 - Cromato-zinco.................................................................................................................... 26 6.4 - Cromato-fosfato-zinco ........................................................................................................ 26 6.5 - Polifosfato-zinco................................................................................................................. 26 6.6 - Orgânicos........................................................................................................................... 26

7. COMBATE AOS MICROORGANISMOS POR AGENTES BIOCIDAS ......................................................... 27

7.1 - Introdução.......................................................................................................................... 27 7.2 - Escolha e aplicação dos biocidas ....................................................................................... 27 7.3 - Compostos biocidas geralmente usados .............................................................................. 27 7.4 - Observações ....................................................................................................................... 28

8 - PROGRAMA DE TRATAMENTO E DOSAGEM DE PROD. QUÍMICOS....................................................... 298.1 - Introdução.......................................................................................................................... 298.2 - Pré-tratamento da água...................................................................................................... 298.3 - Sistema fechado de recirculação (água de máquinas) ......................................................... 298.4 - Sistema semi-aberto de recirculação................................................................................... 298.5 - Dosagem de produtos químicos........................................................................................... 30

VIII - PRÉ-TRATAMENTO DE ÁGUA DE SISTEMAS DE RESFRIAMENTO...... ...... ...... ....... . 30

1. FINALIDADE ................................................................................................................................. 302. PRÉ-LIMPEZA ............................................................................................................................... 313. PRÉ-FILME ................................................................................................................................... 31

IX - MÉTODOS DE LIMPEZA DE SISTEMAS INDUSTRIAIS DE AGUA DE RESFRIAMENTO32

2. ESCOLHA DO MÉTODO DE LIMPEZA ............................................................................................... 323. PROGRAMAS DE LIMPEZA............................................................................................................... 334. VANTAGENS DE UMA LIMPEZA BEM REALIZADA .............................................................................. 335. MÉTODOS DE LIMPEZA .................................................................................................................. 33

5.1 - Físicos ................................................................................................................................ 335.2 - Químicos ............................................................................................................................ 34

X - TORRES DE REFRIGERAÇÃO COMERCIAIS...................................................................... 35

1. I NTRODUÇÃO................................................................................................................................ 352. TIPOS ........................................................................................................................................... 353. ESQUEMA DE UMA TORRE COM CONDENSADOR EVAPORATIVO E SUAS VANTAGENS............................ 354. TRATAMENTO DE TORRES DE REFRIGERAÇÃO COMERCIAL ............................................................... 36



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I - INTRODUÇÃO

1. Definição de Torre de Resfriamento de água

Em muitos processes industriais, gera-se calor indesejável, que deve ser convenientementeeliminado, geralmente pelo uso de 'água, devido as suas propriedades físicas peculiares, entre as quais,uma alta condutividade térmica e um alto calor especifico.

Torres de resfriamento são equipamentos destinados ao recondicionamento da temperatura daágua de circulação utilizada num processo industrial, através do resfriamento continue da água deretorno, por processes de evaporação ou irradiação pelo contato desta com o ar ou outro meio detransferência de calor.

2. Vantagens

Algumas vantagens no emprego de sistemas de resfriamento são de ordem econômica, poisdiminui-se os custos operacionais, bem como o consumo de água requerido e minimiza-se os problemasde poluição térmica.

II - CARACTERÍSTICAS DAS ÁGUAS E TRATAMENTO PRIMÁRIO

Geralmente, a água industrial (bruta) destinada a torres de resfriamento recebe um pré-tratamento, variável conforme a fonte de captação da água. Os contaminantes encontrados em águasnaturais podem ser classificados em três subgrupos principais:

* Só1idos dissolvidos* Sólidos em suspensão* Gases dissolvidos

Dentre os principais sólidos dissolvidos presentes em concentrações variáveis, conforme omanancial usado, pode-se citar o cálcio, magnésio, ferro, sílica, bicarbonatos, cloretos e sulfatos.

A água usada para reposição de um sistema deve estar livre de sólidos em suspensão. Entre osgases dissolvidos em águas não poluídas, o oxigênio é o mais problemático, por ser um ativodespolarizador catódico, causador de corrosão nas torres.

Via de regra, pode-se generalizar que:

* águas de poços: isentas de sólidos em suspensão* águas superficiais, rios e represas : necessitam somente de um tratamento - prévio de clarificação e

filtração* água de rede municipal : não necessitam de um pré-tratamento.

III - NOÇÕES GERAIS DE TORRES DE RESFRIAMENTO

O esquema abaixo ilustra os componentes principais de uma torre em contra-corrente,de tiragem induzida:

A = tubulação de distribuiçãoB = enchimentoC = venezianas

D = eliminadores de respingoE = Câmara plenum



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F = ventilador G = bicos atomizadoresH = entrada de ar I = bacia de captação de água fria

J = saída de ar

l. Componentes

Tubulação de distribuição de água: que pode ser substituída por canaletas ou tanques éresponsável pela distribuição adequada de água na torre.

Enchimento: responsável pelo aumento da superfície de contato da água.Venezianas : orientam o caminho de entrada de ar e evitam respingos.Eliminadores de respingo: retém as gotículas de água arrastadas com ar saturado de saída que

passa pelo enchimento. É constituído basicamente por aletas - que retém a águado ar saturado.

Plenum : espaço vazio pelo qual o ar passa, após atravessar o enchimento e antes de sair da torre.

2. Tipos de torres e suas características

Basicamente, as torres são classificadas segundo o processo de resfriamento utilizado.Geralmente, usam-se 2 tipos de torres

* torres molhadas : empregam processos evaporativos* torres secas : empregam processos de irradiação

2.1 - Torre de Ventilação Natural

As venezianas possuem dupla finalidade :

* orientam e auxiliam a passagem de ar * reduzem a perda de água por respingamento



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2.2 - Torre de Tiragem Natural

O ar frio entra por baixo da torre e esquenta pela troca de calor com a água. Emdecorrên-cia:

* O ar que, entra esquenta, diminui a sua densidade e sobe* Cria-se uma zona de baixa pressão na parte inferior da torre, provocando a entrada de maisar frio.

A estrutura hiperbólica da torre facilita a tiragem de ar quente.

2.3 - Torre de Tiragem Mecânica

Auxilia-se a tirada de ar, pelo uso de um ventilador, o que provoca um aumento davazão e Velocidade de troca térmica.

A tiragem de ar da torre pode ser . forçada ou induzida.

* tiragem forçada: ventilador localiza-se na entrada de ar da torre* tiragem induzida: ventilador localiza-se na saída de ar da torre



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Torre Counter-Flow

2.3.1 - Torre em contra-corrente (counter-flow)

A água cai através do enchimento num percurso vertical e o ar usado para resfriamentosobe na torre no sentido oposto.

2.3.2 - Torre, em corrente-cruzada (cross-flow)

A água cai verticalmente - através do enchimento e é resfriada pelo ar em trajetóriahorizontal.

Torre Cross-Flow

Existem ainda, 2 tipos de torres de fluxo cruzado:

a) simples: quando há somente uma entrada de ar por um único lado da torre b) duplo: o ar entra por dois lados da torre



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3. Características Técnicas e Econômicas de uma Torre

3.1 - Materiais de Construção

3.1.1 - Para unidades compactas:

Há controvérsias quanto ao uso da madeira ou plástico.

MADEIRA PLÁSTICO Durabilidade a mesma a mesma Peso maior menor Montagem mais difícil e

demoradamais fácil

Aparência Visual razoável boa Preço mais barato mais caro

Manutenção mais simples mais complicada Perigo de Fogo reduzido grande, se o plástico não for auto-extinguível

3.1.2 - Para unidades industriais médias e grandes:

Não há um posicionamento sólido não só quanto ao material construtivo, comotambém quanto a estrutura de meta1, concreto ou madeira.

a) estrutura metálica : pouco utilizada, devido a problemas de corrosão, alto peso e custo. b) estrutura de Madeira : são fáceis de montar e as fundações são de pequena extensão,

embora a manutenção exija maiores cuidados.c) estrutura de concreto : exigem muito tempo para a instalação e maiores dificuldades de

montagem, aliados a custos iniciais mais elevados, fundações de maior capacidade, emboraa manutenção seja muito simples.

3.1.3 - Enchimento:

Há controvérsias também na escolha dos materiais de enchimento: plástico, madeira efibrocimento.

a) plástico: resiste bem a águas contaminadas, mas corre o perigo de incêndio, além de ser

caro. b) madeira: é mais econômica e de manutenção mais simples. Usualmente, esta é pré-tratada por impregnação para dar boa proteção contra deterioração.

c) fibrocimento: pouco indicado, por ser um material quebradiço, o que dificulta a montagem equando em operação esta sujeita a lixiviação ou desfibramento, concorrendo para aformação de incrustações de carbonate de cálcio em outras etapas do processo.

3.2 - Características Econômicas

A escolha de uma torre com uma determinada capacidade, sua localização, material de

construção e estrutura, material de enchimento é um compromisso que deve existir levando-seem conta os custos iniciais e operacionais, constituindo o custo global do investimento a ser



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realizado. Cabe ao comprador da torre, seguindo uma certa filosofia, assessorado pelofabricante, a escolha da melhor torre para as suas finalidades.

IV - TIPOS DE SISTEMAS DE RESFRIAMENTO

1. Introdução

Conforme a disponibilidade de água e do tipo de circulação, existem 3 sistemasusualmente empregados:

* sistema aberto* sistema fechado* sistema semi-aberto de recirculação

2. Sistema Aberto

É empregado quando dispõe-se de grandes volumes de água de boas características,usada numa única passagem e consegue-se abaixamentos sensíveis de temperatura.

Atualmente, tais sistemas sofrem várias restrições ambientais, devido aos grandesvolumes de água aquecida, provocando problemas graves de poluição térmica.

Além do mais, estes sistemas não devem ser instalados em locais onde o suprimento deágua seja incerto. Pelas características inerentes deste tipo de sistema, qualquer tratamentoquímico seria demasiadamente oneroso para se evitar problemas devidos a qualidade da água.

3. Sistema Fechado

É empregado quando se deseja obter abaixamento mais acentuado da temperatura derefrigeração da água. Por ser um sistema fechado, a água utilizada no circuito deve ser de boaqualidade, isenta de sólidos em suspensão e de baixa condutividade. A reposição esporádicade água deve ser feita para reparar eventuais vazamentos e o tratamento químico se resumesomente à água de reposição, desde que o sistema já esteja operando normalmente. Talsistema é pertinente ao resfriamento de trocadores de calor, de compressores, motores diesel,etc..

4. Sistema Semi-Aberto de Recirculação

É empregado quando necessita-se de grandes vazões e há pouca disponibilidade desta.Após o uso em equipamentos de processo, onde haja troca térmica, a água passa pela torre deresfriamento onde tem a sua temperatura abaixada e é reciclada novamente.

Devido a sua concepção de projeto e apesar dos altos investimentos iniciais, estesistema é o mais empregado, pois soluciona eventual escassez de água e permite umtratamento adequado, necessitando controles analíticos mais criteriosos.



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V - BALANÇOS MASSICOS

1. Introdução

Por serem os sistemas semi-abertos de recirculação os mais empregados e os que apresentam balanços materiais mais complexos e os maiores problemas com a água usada, dedicar-se-áneste item, ênfase especial a estes sistemas.

2. Mecanismos de Resfriamento em Sistemas Semi-Abertos

A explicação do mecanismo de resfriamento será baseada no esquema abaixo:

A água quente proveniente, de equipamentos de processo adentra a torre deresfriamento por cima e após ser atomizada nas canaletas de distribuição, atravessa oenchimento, onde ocorre um contato mais intimo entre a água e o ar frio ascendente, o que

provoca uma evaporação parcial da água que sai com o ar, quando a umidade relativa domesmo é inferior a 100%. Este processo ocorre mediante a troca de calor, pois a água vaiesfriando gradativamente do topo até o fundo da torre, enquanto em sentido inverso o ar vai seaquecendo , o que provoca mais evaporação de água e aumenta a capacidade de retenção deágua pelo ar. Consequentemente, é medida que a água vai sendo refrigerada, ocorrem perdasno sistema devido a evaporação, arraste e descargas.

O mecanismo de resfriamento de uma torre ocorre principalmente por evaporação,sendo que pequena parcela (em torno de 5%) se deve à convecção natural.

3. Perdas no Sistema de Água de Reposição

Devido a evaporação, as impurezas não voláteis presentes na água de reposição vão seconcentrando e, para evitar que alguns constituintes atinjam valores excessivos, parte da águade recirculação deve ser retirada do sistema através de descargas, de modo a permitir areposição com "água nova", contendo menor teor de impurezas.

A perda por evaporação é diretamente proporcionai à diferença de temperatura entre otopo e o fundo da torre. Por exemplo, para uma queda de temperatura de 10ºC ao longo nãoda torre, a perda por evaporação eqüivale a cerca de 2% da vazão de recirculação da água. Ogradiente térmico entre o topo e o fundo de uma torre é una indicação da eficiência desta.



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Além das perdas por evaporação, por descargas (provocadas) e outros vazamentos, há perdas por arraste devidas aos respingos normais decorrentes da distribuição da água emgotículas pequenas.

As perdas por arraste variam conforme os critérios de construção da torre, do tipo esua localização. A tabela seguinte expressa a perda por arraste como uma porcentagem da

vazão da água de circulação (%A).

tipo de torre variação % A valor médio % Atiragem natural 0,3 - 1,0 0,5tiragem forçada 0,1 - 0,3 0,2tiragem induzida 0,1 - 0,3 0,2spray pond 1,0 - 5,0 2,5condensador evaporativo 0,1 - 0,2 0,1

Em termos analíticos, o balanço mássico a seguir indica a quantidade total de água a

ser reposta no sistema:

R = E + A + Donde:R = água de reposiçãoE = perdas por evaporaçãoA = perdas por arrasteD = perdas por descargas e devidas a outros eventuais vazamentos

4. Índice de Langelier e Índice de Ryznar

O índice de Langelier (IL) ou índice de Equilíbrio, mede a tendência corrosiva ouincrustante de uma água. Para um dado tipo de água a uma determinada temperatura, existeum valor de pH denominado de saturação e indicado por pHs, onde o carbonato de cálcio estáem equilíbrio com o meio aquoso. O valor de pHs depende do teor de sólidos dissolvidos, daalcalinidade, da dureza cálcica e da temperatura da água.

Os valores de pHs são obtidos através de ábacos ou tabelas, de usos simples e rápidos,evitando-se cálculos trabalhosos através das fórmulas desenvolvidas por Langelier.

IL = pH - pHsSe IL > 0 => pH > pHs a água é incrustante e tende a precipitar carbonato de cálcio

O uso de polímeros orgânicos naturais ou sintéticos permite acertar convenientementeo índice.

Se IL < 0 => pH < pHs a água é agressiva e tende a dissolver o carbonato de cálcio

A adição de álcalis em quantidade suficiente aumenta a alcalinidade da água, elevandoseu pH, o que permite diminuir a corrosividade da água e acertar o Índice.

O índice de Fiyznar (IR) ou índice de Estabilidade é um índice que, empregadoconjuntamente com o índice de Langelier, avalia com mais precisão as tendências corrosivas ou

incrustantes de uma água.IR = 2 pHs - pH



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Se IR < 6,0 => a água e incrustante

Se IR < 6, 0 => a Água é agressiva

Para uma água agressiva, na qual se constate que o IL = 0 ou IR= 6,0 verifica-seexperimentalmente que o processo corrosivo é mais lento. Todavia, uma água agressiva não énecessariamente corrosiva.

Alguns autores consideram o índice de Ryznar mais representativo da água incrustanteou agressiva de um sistema que o índice de Langelier.

Em síntese, tais índices são úteis como auxiliares no controle da corrosão, incrustaçãoe do pH num tratamento.

De preferência, tais Índices de equilíbrio devem ser controlados de forma a manter aágua ligeiramente agressiva.

De qualquer forma, estes controles são meros paliativos, pois gradientes térmicos no

sistema (locais da torre de alta temperatura são mais sujeitos a deposições, enquanto que locaisde baixa temperatura são mais sujeitos a corrosões), mudanças nas condições operacionais datorre e presença de produtos para tratamento químico da água alteram o uso na aplicação dosreferidos índices.

5. Ciclos de Concentração e Tempo de Retenção

Numa torre, de resfriamento, na qual ocorre perdas por evaporação, arraste, hánecessidade de descargas para sua desconcentração é imprescindível a reposição de água nomesmo.

A concentração da água de recirculação deve-se principalmente à presença de dureza ede contaminantes não voláteis.

Pode-se dizer que a quantidade de água a ser - reposta num sistema é função do tempode retenção e dos ciclos de concentração.

O tempo de retenção numa torre indica o tempo necessário para que, a concentraçãode uma determinada substância presente na água de circulação se reduza à metade (nãoconsiderando adições posteriores).

Analiticamente, t = 0,6 V/Ponde:

t = tempo de retenção (h)v = volume do sistema (m3)

p = perdas por descarga e arraste (m3

/h)

Tendo em vista que uma água de reposição pré-tratada presente sólidos dissolvidos quevão se concentrando na água circulante, atingir-se-á um ponto no qual não há mais condiçõesfísicas de aumento de concentração, pois haverá uma equivalência entre, a concentração dassubstâncias perdidas no arraste e a concentração das substâncias oriundas da reposição.

Tal limitação física pode ser calculada pela determine de ciclos de concentraçãomáximos teóricos permissíveis.

O ciclo de concentração máximo teórico indica quantas vezes uma água podeconcentrar-se num sistema, pela evaporação parcial ou total da mesma, sem a ocorrência dedescargas.

Analiticamente, tal relação pode ser expressa por :



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C E A

At =+% %

%(1)

Através da análise da água de reposição, obtém-se os subsídios necessários que permitem calcular o ciclo de concentração permissível C p, atingido pela água naturalmente.

Se Ct calculado for maior que o valor máximo permissível pela qualidade da água dereposição, então deve-se proceder a uma desconcentração maior do sistema pela aplicação dedescargas.

Neste caso, C p será dado por:

C E A D

A D p =+ +

+

% % %

% %(2)

Na realidade, C p representa a relação existente entre um determinado sólido presente na

água de circulação e na água de reposição ou equivalentemente, a relação existente entre asvazões da água de reposição e as vazões devidas às perdas por arraste e descarga.

Rearranjando os termos da expressão (2):

%%

% DE

C A

p

=−

−1

(3)

Logo, verificada a necessidade da aplicação de descargas para manter a concentraçãodos diversos constituintes da água do sistema em níveis adequados, usa-se a expressão (3) paracalcular a freqüência de descargas a serem efetuadas.

VI - PRINCIPAIS PROBLEMAS EM SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO

Os problemas mais freqüentes e de ocorrência geralmente simultânea em águas desistemas de refrigeração são os abaixo discriminados:

* corrosão* incrustação ou formação de depósitos* proliferação de microorganismos



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1. Corrosão

O processo corrosivo pode ser iniciado pela agressividade da própria água, atacando oferro metálico do sistema e formando um depósito de Fe2O3 . nH2O resultante da corrosão,responsável por incrustações, depósitos e formações de células de corrosão diferencia1.

A precipitação de carbonatos a partir de bicarbonatos, provenientes de umaconcentração excessiva na água do sistema de resfriamento, também gera células de corrosãodiferencial, formando produtos de corrosão na superfície metálica. Este efeito é mais

pronunciado em trocadores de calor, onde a temperatura é maior.A presença de metais dissimilares em contato no sistema, acelera a corrosão galvânica

devido ao estabelecimento de uma diferença de potencial onde o metal menos nobre se tomauma área anódica e se corrói.

A presença de microorganismos também causa corrosão, sendo que os produtos decorrosão resultantes de seu metabolismo celular podem ser provenientes de mecanismos

aeróbicos, anaeróbicos ou facultativos.Muitas vezes, as impurezas presentes num sistema, provenientes de contaminantes ouda água de reposição, causam incrustações e formações de depósitos.

2. Incrustações e Formações de Depósitos

Especificamente, estes problemas geralmente se devem aos seguintes fatores:* produto de corrosão;* contaminação microbiológica;* só1idos em suspensão;

* contaminações oleosas;* produtos insolúveis decorrentes de reações químicas na água;* incrustações inorgânicas provenientes da deposição de um sal pouco solúvel;* contaminações por hidrocarbonetos

Entre os depósitos que podem se formar no sistema, sob diversas condiçõesoperacionais, citam-se:

2.1 - Carbonato de cálcio

Uma água contendo gás carbônico dissolvido, reage com o carbonato de cálcio,formando bicarbonato de cálcio solúvel. Quando esta água é aquecida, o bicarbonatodecompõe-se precipitando o carbonato. Um modo de controlar tal precipitação, consiste noabaixamento do pH.

As reações que ocorrem são:

CaCO3 + CO2 + H2O => Ca(HCO3 )2

Ca(HCO3 )2 = >

∆

CaCO3 + CO2 + H2O

Uma elevação de pH, num tratamento alcalino, não redissolve o cabonato de cálcio,havendo um aumento na espessura do depósito formado, o que aumenta ainda mais seu poder de isolante térmico.



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2.2 - Sulfato de cálcio

O sulfato de cálcio é um sal cuja solubilidade aumenta até cerca de 40ºC, decrescendorapidamente a temperaturas superiores. A deposição deste sal provoca incrustações duras nometal. Tal deposição pode ser melhor controlada pela limitação dos ciclos de concentração.

Reação:

Ca SO H O CaSO H O242

2 4 22 2+ −+ + → .

2.3 - Deposição de Ferro

Os íons de ferro provenientes de produtos de corrosão ou da água de reposição ou decontaminações atmosféricas formam depósitos de grande volume.

Reações:

Fe2+ + 2 OH- => Fe(OH)2

2Fe(OH)2 + H2O + ½ O2 => 2Fe(OH)3

Deve-se manter uma concentração baixa de ferro (menor que 5 mg/l) com o uso dedispersantes especiais para ferro.

2.4 - Sílica

A sílica presente na água do sistema pode reagir com sais de dureza (Ca e Mg),

formando silicatos insolúveis e outras incrustações vítreas difíceis de se remover. O teor desílica no sistema deve ser mantido o mais baixo possível.

Reações:

Mg2+ + SiO2 + H2O => MgSiO3 + 2H+

Ca2+ + SiO2 + H2O => CaSiO3 + 2H+

2.5 - Contaminações Oleosas

São muito indesejáveis em sistemas de resfriamento, face aos problemas que originam.

Os óleos formam uma película sobre as superfícies metálicas, dificultando a transferência decalor, diminuindo a eficiência de inibidores de corrosão e servem de nutrientes para osmicroorganismos presentes na água.

2.6 - Contaminações Microbiológicas

São responsáveis pela agregação de outros tipos de depósitos, face a sua naturezaadesiva. Como conseqüência da presença de depósitos orgânicos no sistema, pode-se citar:

* diminuição da troca térmica;

* aumento da perda de carga no sistema;* corrosão embaixo do depósito;* diminuição da vida útil do sistema;



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* falta de segurança operacional;* perdas de produção no processo;* redução de lucro no sistema.

2.7 - Sólidos em Suspensão

Além dos presentes na água de reposição, há os provenientes do ar (torre atua comoum lavador de ar). A deposição de sólidos em suspensão provoca incrustações em trocadoresde calor, por exemplo.

Como conseqüência, estes têm o fluxo de água restringido, bem como, sua eficiênciacai sensivelmente.

Além do mais, os sólidos em suspensão favorecem a corrosão por aeração diferencialnas áreas sob os depósitos (estas águas estão isentas de água e o oxigênio presente no local éconsumido). Como via de regra, o teor de sólidos em suspensão deve ser limitado a teoresabaixo de 250 ppm em águas circulantes.

2.8 - Contaminações por hidrocarbonetos

De ocorrência usual em refinarias, são provenientes de vazamentos. Oshidrocarbonetos recobrem as superfícies metálicas, dificultando a ação de inibidores, reduzindoa transferência de calor e tendem a formar depósitos localizados juntamente com os sólidos emsuspensão.

3. Proliferação de Microorganismos

3.1 - Introdução

Os microorganismos são seres vivos microscópicos, presentes em qualquer parte doambiente e têm a nobre função de restaurar o equilíbrio natural do ciclo de vida que tenha sido

perturbado.A grande variedade de microorganismos existentes estão presentes em todos os series

vivos, nas mais diversas condições de temperatura, pH, etc. favoráveis ao seudesenvolvimento.

As condições nas quais operam a maioria dos sistemas de resfriamento e outrosequipamentos de troca térmica muitas vezes oferecem o ambiente “aquático” ideal de

proliferação de microorganismos indesejáveis, face aos muitos problemas vinculados à água eao sistema que acarretam.Entre os microorganismos presentes em sistemas de resfriamento, pode-se citar as

algas, os fungos e as bactérias, que causam problemas de corrosão e deposição, além de provocar o apodrecimento da madeira de enchimento da torre.

3.2 - Algas

São plantas simples, caracterizadas pelo pigmento verde, clorofila; as algas sintetizamseu próprio alimento, pela ação conjunta do ar, luz solar e da água sobre a clorofila.

As algas se encontram nas partes mais expostas é luz, e com aeração suficiente dossistemas de refrigeração.



18

Um desenvolvimento incontrolado das mesmas, forma nas paredes das torres derefrigeração depósitos de aspecto gelatinoso ou filamentoso; tais depósitos podem encher atorre até obstrui-la, podendo provocar adicionalmente, um colapso na estrutura. As algas

podem formar depósitos destas características também em tubulações e trocadores de calor.A obstrução das tubulações pelos microorganismos diminui o coeficiente de troca

térmica dos aparelhos, a ponto de ser necessário a paralisação das instalações, com os prejuízos decorrentes.

Existem 3 grupos de algas, geralmente encontradas em sistemas semi-abertos deresfriamento:

* algas diatomáceas* algas verdes* algas azul-esverdeadas

Estes grupos de algas produzem oxigênio, que despolariza a reação de corrosão, o que

acelera a destruição de um sistema de resfriamento.As algas diatomáceas possuem um pigmento marrom e possuem sílica em suas paredescelulares, o que provoca obstrução em sistemas de resfriamento.

As algas azul-esverdeadas fixam o nitrogênio do ar, formando compostos orgânicosnitrogenados. Estas algas são responsáveis pela deterioração acelerada dos inibidores decorrosão baseados em nitritos.

A tabela a seguir mostra resumidamente os tipos mais comuns de algas presentes emsistemas de resfriamento e as condições mais favoráveis de crescimento:



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condições de crescimento

grupo exemplos temperatura pHverde Chlorella (unicelular)

Ulothrix (filamentosa)Spirogyra (filamentosa)

30 a 35 ºC 5,5 - 8,9

azulesverdeada(pigmentoazul)

Anacystis (unicelular,formadora de lodo)Prormidium(filamentosa)

35 a 40 ºC 6,0 - 8,9

diatomáceas(pigmentomarrom esílica nas

paredescelulares)

FlagilariaCyclotellaDiatoma

18 a 36 ºC 5,5 - 8,9

As algas, na realidade, podem ser associações complexas de microorganismos, a saber:algas, fungos, bactérias, vivendo mais ou menos em simbiose.

3.3 Fungos

Caracterizam-se pelo fato de não possuírem clorofila. Consequentemente, por nãoserem seres fotossintéticos, estão na dependência de metabólitos provenientes de outros

organismos.Muitos fungos utilizam-se da madeira como fonte de nutrientes, deteriorando omadeiramento de sistemas de água de refrigeração.

Os fungos requerem umidade e oxigênio para seu crescimento. Proliferam-se, emregiões que estão ou não sob a ação da luz solar. Geralmente, são responsáveis pela lamadepositada em linhas e partes fechadas do sistema e superfícies de troca térmica.

Um desenvolvimento intenso dos fungos arrasta-os para dentro do sistema, podendoocorrer uma obstrução no fluxo de água pela formação de depósitos em trocadores de calor,

por exemplo, ocorrendo como conseqüência também, uma corrosão localizada sob osdepósitos.

Estes fungos são responsáveis pela alteração da cor da água e da madeira da torre.

O quadro a seguir, elucida as principais características dos fungos e os problemas por estes acarretados em torres de resfriamento:



20

tipo defungo

exemplo Características temperaturaºC

ph problemascausados

Bolor

filamentoso

- Aspergillus

- Penicilium- Eusarium

- Mucor - Alternaria

preto, azul,

amarelo, branco, cinza,marrom, rosa

0 - 38 2 - 8

5,6 (ótimo)

apodrecimento da

superfície damadeira

fermento(levedura)

SaccharomycesTorula

crescimentogelatinoso

0 - 38 2 - 85,6 (ótimo)

descoloração daágua e da madeira

BacilosMycetes

PoriaLenzites

branco oumarrom

0 - 38 2 - 85,6 (ótimo)

apodrecimentointerno da madeira

As bactérias anaeróbias encontram-se e desenvolvem-se principalmente em regiões nãoaeradas da torre, como por exemplo, sob os depósitos na bacia da torre ou sob os tubérculosformados no interior de tubulações e em águas carregadas de sulfatos. Estas bactérias podemse encontrar em regiões aeradas da torre, sob os depósitos, onde há pouca oxigenação. A

principal bactéria deste tipo é a Dessulfovibrio dessulfuricans, que atua como despolarizantecatódico, acelerando a reação da corrosão, pela redução dos ions de sulfato presentes na água,formando o gás sulfídrico (H2S).

Mecanismo:

área anódica:4 Fe → 4 Fe2+ + 8 e -

área catódica:8 H2O + 8 e-

→ 8 OH- + 8 H

ação despolarizante:SO4

-- + 8 H → S-- + 4 H2O + calor

(*) esta reação e catalisada biologicamente pela bactéria redutora de sulfato em condiçõesanaeróbicas.

Fe2+

+ S2-

→ Fe S (produto de reação de cor preta)3 Fe2+ + 6 OH-

→ 3 Fe(OH)2 (Produto de corrosão de cor castanha)

A reação total do processo corrosiva pode ser expressa por:

4 Fe + SO4-- + 4 H2O → FeS + 3 Fe (OH)2 + 2 OH-

A presença destas bactérias pode ser evidenciada visualmente, pela formação de“pústulas” de FeS (sulfeto de ferro), vermelhas exteriormente e pretas internamente, querecobrem uma cavidade na qual o ferro tenha sido dissolvido .

A adição de um ácido forte na pústula, libera o gás sulfídrico (corrosivo em meioaquoso), de odor característico, confirmando a presença da bactéria Dessulfovibriodessulfuricans.



21

FeS + 2 H+→ Fe++ + H2S (meio ácido)

H2S + Fe (do aço) → FeS + H2

As bactérias aeróbicas ferrosas do tipo Crenothrix, Gallionela, Leptothrix aceleram areação de oxidação dos bicarbonatos férricos, formando óxido de ferro ou hidróxido férrico.

A reação que ocorre é:

4 Fe2+ + 8 HCO3- + 2 H2O + O2 → 4 Fe (OH)3 + 8 CO2

A oxidação torna a água turva e com ligeira coloração avermelhada, devido ao Fe2O . nH2O em suspensão.

A precipitação deste em tubulações, forma tubérculos e as conseqüências decorrentesda formação de depósitos. Portanto, deve-se limitar a presença de ferro dissolvido na água dosistema de resfriamento.

3.4 - Importância de um controle de crescimento biológico

* Evitar a queda de eficiência térmica do sistema (devido a deposição de limos, algas e fungosnas superfícies do sistema)

* Evitar formação de pilha de aeração diferencial, que origina corrosão sob forma de pites oualvéolos abaixo dos depósitos

* Evitar ataque biológico ao enchimento de madeira da torre de resfriamento (delignificaçãoda madeira)

* Evitar formação de sulfato ou ácido sulfúrico (que torna o meio mais ácido e maiscorrosivo) pelas bactérias oxidantes de enxofre

* Evitar presença de bactérias redutoras de sulfatos, que tem ação despolarizante, acelerandoo processo corrosivo.

A corrosão microbiológica geralmente ocorre paralelamente à corrosão convencional, oque dificulta a avaliação da presença de microorganismos.

O controle microbiológico geralmente é feito por observação visual da torre e por contagem de colônias de microorganismos em placas de Petri.

3.5 - Conseqüências de um controle inadequado

O acúmulo e desenvolvimento continuo de microorganismos em um sistema de água derefrigeração causam vários transtornos. Um programa de controle microbiano inadequadoafeta o controle eficaz de corrosão e depósitos, com dificuldades sempre crescentes.

Conseqüências :

* redução da eficiência de operação da torre de refrigeração;* aumento substancial do custo operacional da indústria;

* a colônia de microorganismos provoca mau cheiro e poluição ambiental.



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VII - TRATAMENTO DE ÁGUA DO SISTEMA DE RESFRIAMENTO

1. Finalidade

O objetivo básico de um tratamento químico de uma água destinada a um sistema deresfriamento é o de evitar a corrosão, a incrustação, a deposição e desenvolvimentomicrobiológico, haja vista que tais problemas onerariam o custo operacional do sistema,diminuiriam sua vida útil e sua eficiência.

2. Características Gerais

Um método útil de controle da eficiência de um sistema é pela verificação dodesempenho obtido em trocadores de calor utilizados em algum processo. A eficiência serámáxima quanto forem mínimos os efeitos de incrustação na torre. um dos maiores problemas

operacionais de torres de resfriamento se deve a presença de algas, que podem inclusive causar obstruções internas de equipamentos; muitas vezes, para se evitar isso, usa-se filtrosadequados a montante dos aparelhos.

Para o tratamento adequado de qualquer torre de resfriamento, é imprescindível o perfeito conhecimento não só das características físicas do sistema, corno das análises da águade reposição e circulação, que permitem conduzir aos cálculos analíticos de suma importância

para a boa operação da torre.A partir da análise das qualidades da água de reposição, estipula-se um ciclo máximo

de concentração permissível, de modo que os contaminantes não excedam certos valoresmáximos no sistema.

Em seguida, checa-se o ciclo de concentração atingido pela água naturalmente, semdescargas e a partir daí, verifica-se a necessidade ou não e a quantidade de descargasnecessárias.

3. Análise de um Sistema e Procedimentos

Levando-se em conta que os sistemas semi-abertos de recirculação são os mais usuais,abaixo encontra-se um modelo do procedimento mais indicado no estudo de um dado sistema.Este modelo, com algumas modificações, pode ser aplicado a sistemas abertos e fechados.

a) Informações de operação do sistema - dados físicos

* vazão de recirculação* volume do sistema* tempo de operação* gradiente térmico* perda por evaporação e arraste

b) Análise de água de reposição

c) Cálculos

* ciclos teóricos

* ciclos permissíveis para um dado tratamento* descargas e vazão de reposição



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d) Tratamento - químico

* inibidores de corrosão(combate à corrosão)* dispersantes (combate à incrustações)* microbicidas (combate à microorganismos)

* correção de pH (adição de ácido ou soda)

4. Inibidores de Corrosão

4.1 - Introdução

O alto teor de oxigênio e de sais dissolvidos numa água, aumenta a corrosividade desta.Os inibidores de corrosão protegem os vários metais existentes num sistema do ataquecorrosivo da água circulante; para tanto, um ajuste adequado do pH da água de circulaçãofacilita a formação do filme inibidor; para o tratamento ter êxito é primordial que a superfície

metálica esteja isenta de depósitos, produtos de corrosão, limos biológicos e outros resíduosInúmeros inibidores podem ser usados, de características e eficiência variáveis:

4.2 - Cromato

O tratamento à base de cromato é tido como o mais efetivo na inibição da corrosão emsistemas de água de refrigeração. A proteção consiste na formação de película (filme de óxidoférrico e óxido crômico) na superfície metálica. Inicialmente, aplica-se altas dosagens deinibidor, a fim de permitir a formação do filme protetor, seguida de uma redução gradual, atéum nível mínimo considerado protetivo.

Neste tratamento, mantém-se geralmente o pH da água de refrigeração entre 7,5 e 9,5com o intuito de se evitar a precipitação dos sais de dureza, que impediriam a passivação detoda a superfície metálica. É necessário um controle adequado da concentração de ânions decloretos, sulfatos, sulfetos que possam estar presentes na água recirculante, para evitar atendência destes ânions em alta concentração, de destruir a película protetora de cromo eferro.

4.3 - Fosfatos condensados ou Polifosfatos

Atuam como inibidores de corrosão e reagem com a dureza e oxigênio da água. Os

fosfatos formam uma película protetora sobretudo nas áreas catódicas do metal. Os polifosfatos revertem-se quimicamente a ortofosfatos sob a ação de temperaturas elevadas, pH baixo, altas concentrações de fosfatos e altos tempos de retenção no sistema; portanto, exige-se um controle muito cuidadoso de sua concentração em meio aquoso, para evitar deposiçõesno sistema.

Os polifosfatos e ortofosfatos servem também de nutrientes para o crescimento biológico. Face a estas desvantagens, um outro inconveniente deste tratamento é que aformação de filmes inibidores é bastante lenta, exigindo dosagens iniciais elevadas de fosfatos.Este fato aumenta as possibilidades da aceleração na formação de depósitos neste período.

Os polifosfatos são mais úteis como inibidores de incrustações, pois auxiliam naremoção de dureza e oxigênio na água.



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4.4 - Sais de zinco

São inibidores catódicos de corrosão relativamente fracos. A polarização de áreascatódicas ocorre rapidamente, pela formação de um filme de hidróxido de zinco que, todavia, é

pouco durável, o que diminui sua eficiência inibidora quando isoladamente usado.

4.5 - Produtos Orgânicos

O tratamento à base de produtos orgânicos, constituídos de substâncias naturais e polímeros sintéticos, atuam como inibidores de corrosão, auxiliando ou formando um filme protetor de óxido metálico ou filme protetor insolúvel, ou pela criação de um filme orgânicoativo na superfície do metal.

4.6 - Nitritos

São inibidores anódicos de corrosão, que em dosagens adequadas induzem a superfíciemetálica a formar uma película apassivada impermeável. Este filme é atacado por íons decloreto e sulfato. Uma das vantagens dos nitritos deve-se a propriedade de passivar açoenferrujado e limpar superfícies ferrosas. Os nitritos atuam especificamente como inibidores decorrosão em alumínio, estanho e outros metais ferrosos, na faixa de pH entre 9 e 10. Uma dasdesvantagens dos nitritos se deve ao fato de servirem de nutrientes a alguns tipos demicroorganismos, além de serem atacados por algumas espécies bacteriológicas.

5. Ação dos Agentes Anti-Depositantes

5.1- Introdução

Aliado aos inibidores de corrosão, existem produtos de ação anti-depositante nassuperfícies metálicas do sistema. Dependendo da ação especifica de tais produtos, podem ser classificados como agentes floculantes, dispersantes ou quelantes.

5.2 - Floculantes

São polímeros de peso molecular elevado ou baixo, dependendo do tipo de depósito aque se destina. Possuem uma carga eletrostática adequada para neutralizar a carga do material

incrustante. Muitos destes agentes possuem grupos funcionais aniônicos (predominantementeaminas) que favorecem a aglutinação de impurezas negativamente carregadas. O mecanismo deação do floculante catiônico ou aniônico, consiste na reação de superfície com o depósito,materiais em suspensão, limo e matéria biológica, formando uma aglomeração individual das

partículas em flocos leves e fofos, que ficam em suspensão na água, sendo facilmenteeliminados pela aplicação de descargas.

5.3 - Dispersantes

São compostos orgânicos naturais ou polieletrólitos sintéticos, usualmente aniônicos,

de baixo peso molecular, que em solução aquosa adquirem carga negativa.



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O dispersante interfere na aglomeração das partículas coloidais e na atração destas àsuperfície metálica e devido ao excesso de carga negativa conferida pelo dispersante nasuperfície da matéria em suspensão, faz com que os sólidos se repilam mutuamente. Alémdisso, os polieletrólitos podem evitar a formação de incrustações, visto que se forma umaestrutura cristalina irregular com as impurezas de incrustação, o que evita a deposição de um

material denso e uniforme. Entre os principais dispersantes, destacam-se os poliacrilatos e polimetacrilatos.

5.4 - Quelantes

Sua formulação é baseada em compostos orgânicos naturais e sintéticos, que reagemcom íons de dureza e outros íons metálicos, formando complexos solúveis e estáveis. Por ser areação estequiométrica, sua aplicação se torna antieconômica na complexação de íons dedureza.

6. Combinações Sinérgicas

6.1 - Introdução

Na prática, no tratamento de água de um sistema de resfriamento, utilizam-secombinações sinérgicas de dois ou mais produtos, que em conjunto apresentam uma eficiênciamaior no tratamento do que atuando isoladamente. A vantagem das combinações sinérgicasconsiste de, em baixas dosagens e um controle adequado do pH da água de recirculação,

proporcionar uma ótima eficiência na formação de filmes protetores.

Existem várias combinações sinérgicas, sendo que todas têm suas vantagens elimitações, devendo para cada caso ser estudada a proporção ideal.Algumas formulações sinérgicas apresentam alguns inconvenientes de toxicidade,

problemas quanto ao favorecimento do crescimento biológico e quanto a rapidez de formaçãode filme protetor e sua durabilidade.

O uso de uma dada formulação também é condicionado pelo fator custo por ciclo deconcentração.

Entre as combinações sinérgicas mais comuns, pode-se citar:

* cromato-polifosfato* cromato-zinco* cromato-fosfato-zinco* polifosfato-zinco* orgânicos

6.2 - Cromato-polifosfato

Atuando em conjunto, estes dois componentes possuem uma eficiência maior, devidoao poder dispersante ou anti-incrustante do polifosfato que mantém a superfície metálica limpa,

proporcionando uma formação rápida do filme de cromato.A proporção entre os dois componentes da mistura pode ser muito variável e as

dosagens da mesma são muito flexíveis, podendo variar entre 30 e 75 mg/l. O tratamentoaplicado deve ser criterioso, pois os fosfatos servem de nutrientes para os microorganismos e



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altas dosagens da mistura necessitam de um controle de descargas adequado, para se evitar adeposição de ortofosfatos de cálcio e ferro.

6.3 - Cromato-zinco

Esta mistura, aplicada em baixas dosagens, entre 5 e 10 ppm, numa faixa de pH entre6,5 e 7,5 se caracteriza pela rápida formação do filme inibidor na superfície metálica (estandoesta isenta de depósitos após a realização de um pré-tratamento). Devido ao relativo grautóxico desta mistura, esta ajuda no combate de microorganismos presentes no sistema,diminuindo a quantidade de microbicidas necessários. Tomadas as devidas precauções de seevitar a formação de depósitos, este tratamento se mostra eficiente e econômico.

6.4 - Cromato-fosfato-zinco

A adição de zinco numa mistura cromato-fosfato, permite uma redução global das

dosagens aplicadas sem prejudicar a eficiência inibidora da mistura. Mantendo-se o pH um pouco acima de 7,0 favorece-se a deposição de um filme de fosfato de zinco ou hidróxido dezinco nas áreas catódicas e de um filme te óxido de ferro e de cromo nas áreas anódicas.

Deve-se evitar ao máximo a reversão de polifosfatos a ortofosfatos de cálcio e de ferroque se precipitariam em superfícies mais aquecidas. Devido às baixas dosagens necessárias damistura sinérgica, há pouca reversão dos polifosfatos, o que contribui para a eficiência dotratamento.

6.5 - Polifosfato-zinco

Usado em sistemas onde a corrosão não é muito severa, o que permite manter residuaisde fosfato baixos, sem encarecer o tratamento.0 filme de zinco se forma rapidamente nas superfícies metálicas, o que compensa a

baixa velocidade de formação de película de fosfatos. Todavia, por estas características,consegue-se obter um filme final mais durável e resistente, pois forma-se primeiro um filme dehidróxido de zinco, seguido de um filme de polifosfato de cálcio ou zinco. A mistura é poucotóxica e os sistemas necessitam de maiores quantidades de biocidas para controlar ocrescimento biológico.

6.6 - Orgânicos

Este tratamento consiste na mistura de compostos orgânicos, associados a umcomposto inorgânico que assegura uma maior eficiência da mistura, tais como os fosfonatos-zinco, que possuem boas propriedades como inibidores de corrosão. Os fosfonatos possuemcaracterísticas semelhantes aos polifosfatos, mas são muito mais estáveis e não se revertem aortofosfatos; podem complexar íons de cálcio e outros cátions metálicos polivalentes. São

bons agentes umectantes e dispersantes, além de estabilizar o ferro e manganês na água, podemtambém estabilizar soluções supersaturadas de carbonatos e sulfatos de cálcio.

Geralmente, as misturas de fosfonatos-zinco atuam numa faixa de pH entre 6,5 e 7,0.Em sistemas onde um controle de crescimento biológico seja necessário, não se deve usar

biocidas oxidantes, como por exemplo o cloro, pois este reage com os fosfonatos formando

compostos orgânicos clorados.



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7. Combate aos Microorganismos por Agentes Biocidas

7.1 - Introdução

Na prevenção da corrosão por microorganismos em sistemas de resfriamento,usualmente se aplicam 2 métodos:a) inibição ou morte de microorganismos, com o uso de microbicidas;

b) aplicação de revestimento, em sistemas particulares e pequenos.

A dosagem dos microbicidas é função do nível de contaminação, da eficiência domicrobicida e do tempo de contato.

7.2 - Escolha e aplicação dos biocidas

7.2.1 - Escolha

A escolha de um biocida para controlar o desenvolvimento de bactérias e fungos leva emconsideração os seguintes fatores:

* controle eficaz dos microorganismos que predominam no sistema;* custo do tratamento;* qualidade da água de reposição;* toxicidade do biocida.

7.2.2 - Aplicação

Escolhido o biocida mais efetivo, deve-se proceder a uma aplicação adequada. Aconcentração do biocida, a duração e a freqüência da alimentação são parâmetros importantes.

a) Tratamentos de choque descontínuos: usam-se dosagens elevadas de biocidas que promovem efeitos drásticos sobre os microorganismos, dificultando seu desenvolvimento.Quando se aproxima o ponto no qual algum microorganismo possa crescer, aplica-se outradosagem de choque, o que inibe o desenvolvimento do microorganismo no sistema, face àscondições desfavoráveis.

b) Tratamentos contínuos: usam-se dosagens pequenas de biocidas, aplicados

continuamente. Procede-se a um rodízio com dois ou três microbicidas, devido à imunidadeque alguns microorganismos podem desenvolver a um determinado biocida; a alternânciadestes biocidas mina a resistência dos microorganismos. Tal alternância deve ser empregadatambém no método de tratamento por dosagens de choque descontínuas.

Os biocidas devem ser aplicados conjuntamente com os dispersantes, pois estesauxiliam no controle de depósitos e facilitam o acesso dos biocidas às superfícies do sistema.

7.3 - Compostos biocidas geralmente usados

Os microbicidas principais, usados no combate a bactérias, fungos e algas são baseadosem sais quaternários de amônio, compostos organo-sulfurosos, compostos organo-estanosos,

policlorofenatos, organotiocianatos, cloro, pentaclorofenatos e aminas complexas.



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7.3.1 - Cloro

O cloro e os hipocloritos são muito usados em sistemas de água. Residuais entre 0,5 e1,0 ppm são necessários para se ter um controle. Todavia, muitas bactérias não podem ser

controladas e os fungos não são bem controlados. Além disso, o cloro só e recomendável emsistemas que operam num pH abaixo de 7,8 para evitar a delignificação da madeira da torre.

Altas dosagens de cloro não controladas podem provocar corrosão metálica emsistemas operando a pH abaixo de 6,0.

7.3.2 - Compostos de amônio quaternário e aminas complexas

São compostos catiônicos tenso-ativos estáveis nas faixas de pH usadas em sistemas deresfriamento. São usados no controle de bactérias, algas e fungos.

7.3.3 - Compostos Organo-sulfurosos

São usados para eliminar o limo microbiológico e são muito efetivos no combate à bactérias. Combinados com os clorofenatos, possuem maior eficiência no combate a fungos.

7.3.4 - Compostos Organo-estanosos

Algumas formulações são altamente ativas no combate a bactérias, fungos e algas.Geralmente, procura-se uma formulação sinérgica solúvel, constituída de amôniosquaternários e aminas complexas de maior espectro no combate a microorganismos.

7.4 - Observações

7.4.1 - Apesar do tratamento com biocidas, é freqüente o aparecimento de algas e fungos nacâmara plenum de torres de resfriamento, quer estas sejam de madeira ou de cimento. Istoocorre por 2 motivos:1) existem condições ambientais ideais (temperatura morna e atmosfera de vapor d’água) parao desenvolvimento destes microorganismos (aeróbicos).2) por não ser a câmara plenum nem os eliminadores de arraste banhados pela água da torre,os agentes biocidas adicionados na água não surtem efeito nestes locais.

Para contornar este problema, impregna-se nestes locais, substâncias pouco solúveisem água (usualmente compostos a base de pentaclorofenol dissolvido em óleo creosoto), pela

pulverização a intervalos de alguns meses e nos períodos pré-operacional e pós-partida datorre.

7.4.2 - Além dos tratamentos ácidos convencionais de águas de resfriamento, existemtambém tratamentos alcalinos. Contudo, o tratamento alcalino é mais complexo (mais difícilde ser controlado) por uma série de inconvenientes:

* O potencial de incrustação em sistemas alcalinos é muito maior do que em sistemas ácidos;* Os depósitos freqüentemente são mais difíceis de serem evitados e mais difíceis de serem

removidos;



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* Os índices de corrosão em sistemas alcalinos a base de não cromatos, embora aindasatisfatórios, não são tão baixos como em ácidos à base de cromatos;

Um tratamento alcalino exige um controle muito mais rigoroso de todas as variáveis dosistema e interrupções no tratamento, mesmo por curto espaço de tempo, podem ocasionar serias incrustações, o que implicaria em aplicações de ácido para a remoção do depósito, para

que o controle pudesse novamente ser restabelecido.

7.4.3 - 0 custo de um tratamento de água de refrigeração é muito menor que os prejuízosdecorrentes de uma parada forçada de uma unidade industrial para limpeza, por exemplo deum condensador completamente incrustado por falta de um tratamento adequado da água.

7.4.4 - É imprescindível um controle adequado da dosagem e limites recomendados de produtos químicos adicionados a um sistema, bem como, o acompanhamento nas inspeçõesocasionais dos equipamentos, por parte do técnico da empresa tratadora de água, para ter certeza da melhor conservação e performance de um sistema.

7.4.5 - Cabe a cada empresa que queira realizar um tratamento de água, a escolha dotratamento mais compatível às suas necessidades, tendo em vista os custos e a eficiência dostratamentos, problemas do meio ambiente e os custos do tratamento dos despejos industriais.

8 - Programa de tratamento e dosagem de prod. químicos

8.1 - Introdução

Cada sistema de resfriamento em particular, merece um estudo pormenorizado de suas

características físicas e operacionais, que aliado à qualidade da água de reposição permite precisar o melhor tratamento a ser usado.

8.2 - Pré-tratamento da água

Inicialmente, procede-se a um pré-tratamento da água de reposição visando a obter uma água de melhor qualidade. Os processos tradicionais são a sedimentação e oabrandamento com cal, a quente ou frio, conforme as necessidades.

8.3 - Sistema fechado de recirculação (água de máquinas)

* água de reposição de boa qualidade (clarificada e filtrada);* tratamento a base de cromato ou fosfato.

8.4 - Sistema semi-aberto de recirculação

* tratamento a base de cromato, fosfato ou produtos orgânicos;* uso de dispersantes;* biocidas (controle microbiológico);* correção do pH;* método de acompanhamento.



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Uma das maiores dificuldades do tratamento de água de sistemas de resfriamentoabertos, deve-se à capacidade de filtração da torre de contaminantes existentes no ar (poeiras,materiais particulados, gases dissolvidos), podendo acarretar transtornos imprevistos.

8.5 - Dosagem de produtos químicos

8.5.1 - Sistemas Semi-Abertos

Quando se realiza o tratamento químico da água de um sistema de resfriamento deve-selevar em conta que as perdas de produto que ocorrem são devidas às perdas de água por arraste e descargas.

Logo, a dosagem de produtos será dada por:

( )Q

Px A D=

+

1000

onde:Q = quantidade de produtos (kg/h)P = concentração do produto (ppm)A = arraste (m3/h)D = descargas (m3/h)

8.5.2 - Sistemas fechados

a) Dosagem inicial para tratamento do sistema:

QPxV

=1000

b) Dosagem para água de reposição:

QPxR

=1000

onde:

Q = quantidade de produtos (kg/h)P = concentração do produto (ppm)V = volume total do sistema (m3)R = reposição de água (m3)

VIII - PRÉ-TRATAMENTO DE ÁGUA DE SISTEMAS DE RESFRIAMENTO

1. Finalidade

Assegurar a máxima vida útil de um equipamento de troca térmica.



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Todo equipamento novo deve ser limpo para remover graxa., óleo, produtos decorrosão, sujeiras e incrustações grosseiras antes de entrar em operação.

O pré-tratamento consiste de um programa de duas etapas.

* pré-limpeza

* pré-filme

2. Pré-Limpeza

* remove os acúmulos de materiais estranhos passíveis de reduzir a transferência de calor erestringir o fluxo;

* proporciona uma proteção contra a corrosão;* prepara as superfícies da torre, deixando-as limpas para a segunda etapa (pré-filme)

Uma limpeza inadequada das superfícies pode aumentar a corrosão e incrustação

acarretando:

* perda de transferência de calor;* aumento da perda de carga;* paradas prematuras e altos custos de manutenção.

Método de limpeza

A pré-limpeza é feita normalmente com uma solução de polifosfatos, dispersantes eanti-espumantes, que circula na torre mantida nas seguintes condições:

* temperatura em 60 ± 10 ºC (faixa ideal)* pH entre 5,5 e 7,0* limpeza variável entre 8 e 24 horas* concentração de polifosfato é mantida entre 1 e 4%

Após completada a limpeza, o sistema deve ser descarregado rápida e completamente, para remover os agentes químicos de limpeza.

Outras medidas e precauções se tornam necessárias, conforme as características físicase materiais de construção da torre nova.

3. Pré-Filme

Objetivo: permitir a formação rápida de um filme impermeável, de modo a impedir areação de corrosão imediatamente. Uma vez estabelecido este filme, níveis mais baixos detratamento contínuo manterão o filme intacto e evitarão o acúmulo de produtos de corrosão.

O pré-filme minimiza a corrosão inicial que ocorre no início de operação do sistema e permite uma aplicação mais eficiente do programa de inibidores de corrosão. Fatoreseconômicos, limites de descarga e tempo disponível ditam se o pré-filme é aplicado no sistemainteiro, ou se em trocadores individuais.

O pré-filme de um sistema de resfriamento é recomendado nas seguintes circunstâncias:

* para todos os equipamentos novos



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* sempre que a torre sofra lavagem ácida* sempre que baixos pH's sejam encontrados* sempre que houver queda de rendimento no processo

Sempre que mudanças sérias no ambiente causam uma destruição do filme, produtos de

corrosão podem se acumular nas superfícies metálicas, antes que a deposição do filme sejarestabelecida pelas baixas dosagens de tratamento. Nestas condições, dosagens maiores devemser aplicadas e um controle normal deve ser restabelecido, para que o filme inibidor possa

passivar rapidamente o sistema novamente.

Método de aplicação

O programa mais eficiente para a formação do pré-filme inibidor, se utiliza decromatos, fosfatos e zinco. Normalmente, estes materiais são aplicados nas seguintesdosagens:

* cromato ... 50 a 300 ppm* fosfato ... 400 a 600 ppm* zinco ... 50 a 100 ppm

Estes materiais permitem a formação de um filme protetor de óxido de zinco, ferro ecromatos, fosfatos de ferro, cálcio e zinco.

Estes materiais circulam na água da torre nas seguintes condições:

* temperatura entre 48 e 60 ºC* pH entre 6 e 7

* tempo de circulação de 4 a 8 horas

Após a formação do filme, o sistema deve ser descarregado até que níveis normais deinibidores sejam alcançados.

IX - MÉTODOS DE LIMPEZA DE SISTEMAS INDUSTRIAIS DE AGUA DE RESFRIAMENTO

1. Finalidade

Evitar o acúmulo de depósitos que possam afetar a produtividade e a eficiência de um processo industrial.

Depósitos usuais nos sistemas:* incrustações de dureza e lamas (carbonates, silicatos, sulfatos e fosfatos);* óxidos metálicos provenientes de corrosão;* detritos vindos da água (lama, barro, areia, argila);* depósitos microbiológicos;* compostos orgânicos e inorgânicos procedentes do ar

2. Escolha do Método de Limpeza

Deve estar em concordância com o programa de tratamento de água de resfriamento.



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3. Programas de limpeza

* para sistemas novos antes do inicio de funcionamento;* para sistemas em operação.

4. Vantagens de uma limpeza bem realizada

* maior rendimento nos processes* custos operacionais mais baixos* maiores ciclos de produção* menor consumo de energia* aumento de vida útil do equipamento* menor tempo perdido para manutenção programada

5. Métodos de limpeza

5.1 - Físicos

5.1.1 - Lavagem com ar

Através da injeção de jatos de ar num trocador de calor, por exemplo visando perturbar o fluxo normal de água e desprender depósitos isolantes. Tal método pode ser empregadocom o sistema em operação.

5.1.2 -.Lavagem com água

É feita pela passagem de água limpa pelo sistema, para retirar os detritos maisgrosseiros. Não retira depósitos duros e aderentes. Tal método geralmente é empregado entreuma lavagem ácida e alcalina intercaladas.

5.1.3 - Contralavagem com Água

É feita através da reversão do fluxo de água num sistema; a turbulência ocasionada pelo fluxo contra os depósitos retira os menos aderentes.

5.1.4 - Jateamento com Areia

É um processo usado na eliminação de incrustações leves, mas só pode ser usado nalimpeza do lado dos tubos. Apesar disto, é um método de baixo custo e eficiente.Geralmente, é empregado juntamente com contralavagem e/ou jatos de ar.

Os métodos físicos de limpeza exigem a paralisação do sistema, na grande maioria dasvezes.

A operação por esse método esta condicionada a disponibilidade dos equipamentos eda mão-de-obra necessários.



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5.2 - Químicos

Lavagem química:

* alcalina* ácida

Vantagens: permite muitas vezes, a limpeza de sistemas em operação, o que assegura maioresníveis de desempenho do sistema e maiores produtividades a baixos custos.

5.2.1- Lavagem alcalina:

Empregada para soltar, emulsionar e dispersar depósitos. Produtos químicos mais usados: soda caustica, barrilha, fosfato trissódico ...Muitos fabricantes recomendam a lavagem alcalina de sistemas novos, antes de

entrarem em operação. Usualmente, as lavagens alcalinas são alternadas com lavagens ácidas,

para se remover incrustações duras e aderentes (como as de sulfato de cálcio e silicatos).As lavagens alcalinas também são feitas após lavagem ácida, para neutralizar a água e

desfavorecer a corrosão nos metais do sistema.

Desvantagens:* esta lavagem não elimina de todo, problemas de depósitos graves (incrustações de dureza e

óxidos metálicos);* muitas vezes, a lavagem tem que ser feita com o equipamento fora de operação;* em sistemas construídos com alumínio ou aço galvanizado, devem ser tomadas precauções

especiais, devido à natureza anfótera destes metais que são atacados tanto em meio alcalinocomo ácido.

5.2.2 - Lavagem ácida:

É empregada geralmente na remoção de incrustações de dureza e óxidos metálicos provenientes de corrosão.

Ácidos mais empregados: ácido clorídrico, ácido sulfúrico, ácido sulfâmico. Estesácidos são eficientes na remoção de depósitos de carbonato de cálcio , sulfato de cálcio,sulfato ferroso e óxidos metálicos.

São ineficientes, em parte, na remoção de silicatos e incrustações de sulfato de cálcio e

sulfetos de cobre e na remoção de sólidos em suspensão sedimentados, incrustações biológicase outros depósitos orgânicos.

Para contornar esta situação, geralmente se alterna as lavagens ácidas com as alcalinas,que são mais eficientes neste aspecto. As lavagens ácidas e alcalinas se complementam num

programa de lavagem química.A limpeza ácida geralmente é feita com as unidades paradas, para que o equipamento a

ser limpo seja isolado do resto do sistema. Apesar da limpeza ácida ser conduzida cominibidores de corrosão, sempre existe alguma possibilidade de corrosão aliada a tal lavagem.

Para contornar as desvantagens de uma lavagem ácida e alcalina num programa delavagem química, é imprescindível a realização de um pré-tratamento químico dos

equipamentos submetidos a lavagem, para conferir a proteção necessária ao sistema eassegurar a eficiência e durabilidade.



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X - TORRES DE REFRIGERAÇÃO COMERCIAIS

1. Introdução

São torres utilizadas principalmente na refrigeração ambiental. Estas torres englobamsistemas de ar condicionado destinados a refrigerar escritórios e computadores,

principalmente. A água de refrigeração é o veiculo usado no condicionamento de ar de taissistemas.

2. Tipos

* sistemas abertos de torre de refrigeração;* sistemas fechados de recirculação da água de refrigeração;* sistemas de refrigeração convencionais acoplados a condensadores evaporativos.

Estes sistemas caracterizam-se por serem menores e mais compactos. A maioria dasunidades comerciais são de tiragem foorçada e de tiragem induzida.

Um dos materiais empregados na construção de tais torres atualmente é o açoinoxidável ou ferro galvanizado, pois tais torres geralmente se localizam em grandes centrosurbanos, mais susceptíveis à intempéries ambientais.

As torres de refrigeração com condensador evaporativo são usadas principalmente emsistemas de ar condicionado.

3. Esquema de uma torre com condensador evaporativo e suas vantagens

Vantagens:

* unidades compactas, pois a torre e o condensador estão na mesma unidade;* a serpentina de refrigeração localizada abaixo dos bicos distribuidoreságua substitui o enchimento convencional da torre;

* o condensador evaporativo utiliza um circuito fechado de água na parte inferior daserpentina.



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4. Tratamento de torres de refrigeração comercial

Tais sistemas utilizam-se de tratamentos semelhantes aos usados em torre refrigeração

industrial.Basicamente, os produtos usados são:

* inibidores sinérgicos de corrosão a base de cromato-zinco* polímeros não iônicos, para controlar e dispersar impurezas incrustantes, evitando formação

de depósitos (são os inibidores de incrustação).

Geralmente, um programa de tratamento bem aceito pelos responsáveis de um sistemade ar condicionado é aquele no qual a empresa tratadora de água controla todas as etapas,como segue:

* fornecimento do equipamento para alimentação dos produtos químicos;* seleção dos reagentes;* testes de laboratório para controle;* elaboração de relatórios.

torres de resfriamento

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