Vários registros históricos e relatórios de missões de exploração submarina apontam o uso das primeiras caldeiras em navios, datados do final do século XIV. No entanto, após a revolução industrial iniciada na Inglaterra em meados do século XVIII, disseminou-se o uso de caldeiras nas mais variadas aplicações: fábricas, embarcações, locomotivas sistema de cilindro e pistão desenvolvido pelo escocês James Watt por volta de 1765.
2 - TIPOS DE EQUIPAMENTO
2.1 - Caldeiras Fogotubulares (ou flamotubulares)
São equipamentos derivados das caldeiras antigas, onde o fogo e os gases quentes da combustão circulam no interior dos tubos e a água a ser vaporizada circula pelo lado de fora. Ambos são contidos por uma carcaça cilíndrica denominada casco. Nas extremidades do casco são fixados os espelhos, onde são mandrilhados os tubos da caldeira. Os tubos podem ser verticais ou horizontais, dependendo do modelo.
Normalmente este tipo de caldeira tem produção de vapor limitada a cerca de 40 t/ h e pressão de operação máxima.
2.2 - Caldeiras Aquatubulares
Surgiram da necessidade de maiores produções de vapor e maior pressão de operação. Nestes modelos, a água ocupa o interior dos tubos, enquanto que o fogo e os gases quentes ficam por fora. Existem modelos com produção de vapor superiores a 200 t/ h e pressão de operação da ordem de 300 Kgf/ cm.
A operação segura e eficiente de uma caldeira é extremamente dependente da qualidade da água disponível para alimentação da mesma. De nada adianta a instalação de um equipamento ultra moderno, com todos os acessórios/ periféricos disponíveis e automatizado totalmente se não é levada em consideração a qualidade da água e o tratamento químico aplicado.
Como sabemos, a água tem uma tendência a dissolver uma série de substâncias, tais como sais, óxidos/ hidróxidos, diversos materiais e inclusive gases, motivo pelo qual nunca é encontrada pura na natureza. Além das espécies dissolvidas, pode apresentar material em suspensão, tais como argila, material orgânico, óleos, etc. A presença de todas estas impurezas muitas vezes causa problemas no uso da água para geração de vapor, podendo formar incrustações e/ ou acelerar os processos corrosivos.
4 - TRATAMENTOS PRELIMINARES DA ÁGUA
São procedimentos recomendados para execução na água de reposição das caldeiras, visando retirar as impurezas e evitar as consequências de sua presença. O tratamento preliminar atua primeiramente sobre as impurezas mais grosseiras, tais como turbidez, sólidos em suspensão e material orgânico. Depois, dependendo da necessidade, são feitos tratamentos mais sofisticados para eliminação do material dissolvido.
Apesar de toda tecnologia disponível, muitos usuários de caldeiras não fazem pré-tratamento de água, o que é extremamente desaconselhável e dificulta enormemente o trabalho do tratamento químico interno (quando é feito). Não é raro encontrarmos caldeiras alimentadas com água bruta, diretamente de fontes como rios, represas e poços.
Um tratamento preliminar que também deve ser executado é a remoção de oxigênio e outros gases dissolvidos na água, através de uma desaeração.
4.1 - CLARIFICAÇÃO/ FILTRAÇÃO
Operação realizada normalmente em uma estação de tratamento de água, responsável pela eliminação de material suspenso na água. A clarificação é feita por um processo de coagulação / floculação
mediante a adição de um ou mais produtos específicos.
O produto aglutina as impurezas da água através de interações eletrostáticas e promove a formação de flocos, maiores e mais densos que se sedimentam e são eliminados. A água clarificada é então submetida a uma filtração, normalmente em leito de areia, através dos filtros que operam por gravidade ou pressão.
Ao término deste processo a água é submetida aos tratamentos complementares, quando for o caso. Eventualmente, pode-se fazer uma desinfecção da água antes, durante e/ou após o processo de clarificação/
filtração, tarefa comumente efetuada por uma cloração.
Pode-se ser utilizado outros tratamentos na sequência, como abrandador, desmineralização, osmose reversa, etc...
O tratamento químico interno de água das caldeiras e também as operações de tratamento preliminar visam atender os seguintes objetivos:
• Evitar a formação de incrustações
• Evitar os processos corrosivos
• Eliminar as ocorrências de arrastes de água
6 - INCRUSTAÇÃO – CAUSAS E CONSEQUÊNCIAS
A água encontrada na natureza nunca é pura, apresentando uma vasta gama de substâncias dissolvidas. Muitas destas substâncias são sais e óxidos apresentando solubilidades diferentes e influenciadas basicamente pela temperatura, concentração e pH. Com a vaporização de água na caldeira, há
um aumento na concentração das substâncias dissolvidas que permaneceram na fase líquida. Se forem ultrapassados os limites de solubilidade destas substâncias, as mesmas podem se precipitar de forma aderente nas superfícies de troca térmica (tubos do feixe de convecção, tubos de parede
d’água, tubo da fornalha, tubulões, etc.) constituindo as incrustações.
As consequências são
- Diminuição das taxas de troca térmica na caldeira, devido ao efeito isolante que a incrustação proporciona ao fluxo de calor (tem baixa condutividade térmica).
- Aumento do consumo de combustível.
- Diminuição da produção de vapor.
- Devido à restrição ao fluxo de calor, a presença de incrustações pode causar superaquecimento de um tubo e sua ruptura, parando a funcionamento do equipamento e podendo até causar acidentes fatais.
- Obstrução de tubos, válvulas, descargas e coletores da caldeira, comprometendo o fluxo de água e acentuando ainda mais a formação das incrustações.
- Incrustações em instrumentos e dispositivos de controle (pressostatos, visores e controles de nível, etc.) podem comprometer o funcionamento adequado e seguro do equipamento, aumentando o risco de acidentes.
- Aumento dos processos corrosivos que ocorrem sob os depósitos/incrustações.
marteletes, impactos diretos com ferramentas, etc.
Em alguns casos acontecesse a perda do equipamento ou a troca dos tubos.
Nas figuras a seguir são mostrados inúmeros casos de incrustação em
geradores de vapor
6.1 - TRATAMENTOS PARA PREVENÇÃO DAS INCRUSTAÇÕES
- Tratamento Precipitante – Fosfato
- Tratamento - Disperso-Solubilizantes (TDS)
Corrosão pode ser definida como a destruição da estrutura de um metal através de reações químicas e/ ou eletroquímicas com o ambiente em que o mesmo se encontra.
7.1 - TRATAMENTO PARA PREVENÇÃO DA CORROSÃO
- Desaeração quimica - sequestrante de oxigênio
São fenômenos que ocorrem com frequência nos sistemas de geração, distribuição e utilização de vapor. O condensado é uma água praticamente pura, com uma tendência elevada de dissolver o material com o qual mantém contato. Além disso, os condensados podem apresentar um caráter ácido devido à formação de ácido carbônico, originado da decomposição térmica de íons carbonato e bicarbonato presentes na água da caldeira.
8 - ARRASTES
Outro problema enfrentado no tratamento de água para geração de vapor é a ocorrência de arrastes de água da caldeira para a seção pós-caldeira (superaquecedor, linhas de distribuição de vapor, turbinas, equipamentos, etc.). Como conseqüências desse fenômeno, podemos enumerar as seguintes:
- Deposição e incrustação de sais nos separadores de vapor e equipamentos da seção pós-caldeira, como superaquecedores, turbinas, válvulas, acessórios, etc, podendo causar danos significativos nos mesmos (rupturas, desbalanceamentos, etc.)
- Formação dos chamados golpes de aríete nas linhas de vapor, devido à formação de um pistão de água na mesma e o deslocamento do mesmo a velocidades razoavelmente elevadas.
- Abrasão na tubulação, válvulas e acessórios da linha de vapor.
Na tabela a seguir, apontamos resumidamente as causas e medidas corretivas para cada tipo de arraste.
Tipo de Arraste | Causa | Medida Corretiva |
Químico | • Excesso de alcalinidade hidróxida. • Excesso de sólidos suspensos. • Excesso de sólidos dissolvidos. • Presença de contaminantes orgânicos (óleos, graxas, detergentes, açúcar, etc.) | - Ajustar dosagem de soda cáustica, mantendo pH e alcalinidade hidróxida convenientes. -Manter concentração de sólidos suspensos e sólidos totais dissolvidos abaixo dos limites aceitáveis. - Evitar contaminações por orgânicos (suco, óleos, açúcar, etc.), através de constante monitoramento dos condensados e água de reposição. Em caso de contaminação, isolar a causa e abrir descargas das caldeiras, para renovar a água. - Em caldeiras com alta taxa de vaporização, fazer uso constante de um agente antiespumante. Aumentar a dosagem em caso de contaminação. |
Mecânico | • Danos no separador de vapor (chevrons). • Variações bruscas no consumo de vapor. • Demanda de vapor superior à produção nominal do sistema. • Operação com nível elevado. • Falha de projeto da caldeira. . | - Reparos nas colméias e dispositivos do separador, de modo a evitar fluxos preferenciais. - Evitar variações bruscas de consumo, ocasionadas principalmente por partidas simultâneas ou rápidas de equipamentos. - Equacionar demanda e produção de vapor. - Operar a caldeira no nível especificado pelo fabricante. Verificar funcionamento correto dos dispositivos de controle de nível. - Verificar projeto c/ fabricante. |
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