DEQWiki - Contribuições do utilizador [pt]

Tratamento de Água da Alimentação de Caldeiras

2019-04-18T12:51:02Z

DiogoLucas:

Trabalho relativo à utilidade '''Água da Alimentação de Caldeiras''' realizado por: Diogo Lucas e Joana Costa, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química.

Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

==Definição e funcionamento==
Atualmente, dos muitos usos da energia na indústria, nos transportes e nas residências, a maior parte da utilização total é direcionada para a produção de [[Wikipedia:Vapor|vapor]] através da oxidação de [[Wikipedia:Combustível fóssil|combustíveis fósseis]]. O tratamento de [[Wikipedia:Água|água]] para a geração de vapor é um dos ramos mais sofisticados da química da água. Uma compreensão, dos fundamentos da química da água da [[Wikipedia:Caldeira|caldeira]], é essencial para o engenheiro de energia que, continuamente, aumenta a eficiência das caldeiras e equipamentos que utilizam vapor <ref>Kemmer, F. (1988). ''The NALCO Water Handbook''. Chapter 39: Boiler Water Treatment. 2ª Edição, Nalco Chemical Company. Nova Iorque.</ref>. As caldeiras são usadas numa vasta gama de aplicações, desde aquecedores de água quente a produção de vapor para turbinas de 1000MW em usinas de energia elétrica. O sistema de controlo vai-se tornando mais complexo à medida que a caldeira aumenta de dimensão <ref name=":0">Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.
[[Ficheiro:Figura 1- Diagrama de blocos com os inputs e outputs da caldeira.png|centro|miniaturadaimagem|500x500px|Figura 1- Diagrama de blocos com os inputs e outputs da caldeira.]]
Na Figura 1, acima exposta, encontra-se esquematizado um diagrama de blocos em que se verifica que uma caldeira tem um objetivo essencial, que é a produção de vapor a uma [[Wikipedia:Pressão|pressão]] e [[Wikipedia:Temperatura|temperatura]] desejadas para um determinado processo e que, para se alcançar isso, são necessárias três correntes de alimentação básicas: [[Wikipedia:Combustível|combustível]] (carvão, gás natural, óleo combustível ou resíduos sólidos), água e [[Wikipedia:Combustão|gases de combustão]] <ref name=":0" />.
O tratamento de água para alimentação de caldeiras industriais foca a remoção ou modificação química de substâncias potencialmente prejudiciais à caldeira <ref>Kispotta, N., Sidar, D., Sen, P., Choudhary, G., Bohidar, S. (2014). Common Boiler Feed Water Treatment in the Industry [Versão eletrónica]. International Journal for Innovative Research in Science & Technology, 1: 59-62. Acedido a 15 de Fevereiro de 2019, em: <nowiki>http://www.ijirst.org/articles/IJIRSTV1I6046.pdf</nowiki></ref>, devendo ser eficiente, bem projetado e constituído por várias tecnologias individuais, de modo a <ref name=":1">SAMCO (2016). ''All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment''. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: <nowiki>https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</nowiki></ref>:

*'''Tratar''' eficientemente a água de alimentação da caldeira e '''remover''' impurezas prejudiciais, antes de entrar na caldeira;
*'''Promover''' o controlo da química interna da caldeira;
*'''Maximizar''' o uso de condensado de vapor;
*'''Controlar''' a corrosão da linha de retorno;
*'''Evitar''' o tempo de paragem e a falha da caldeira;
*'''Prolongar''' a vida útil do equipamento.

[[Ficheiro:Esquema de uma caldeira.jpg|miniaturadaimagem|340x340px|Figura 2- Esquema de uma caldeira <ref>Marcepinc (2018). ''Boiler Water Chemistry & Steam Generation System In Power Plant In India'' [Figura]. Acedido a 21 de Fevereiro de 2019, em: <nowiki>https://marcepinc.com/files/67dcf2d1434adb072ee9f83a326075f9.jpg</nowiki></ref>.]]
Assim, irá haver uma garantia, de que o tratamento implementado evite a ocorrência de problemas, como [[Wikipedia:Incrustação|incrustações]] e [[Wikipedia:Corrosão|corrosão]], prevenindo substituições / reparações dispendiosas no futuro <ref name=":1" /> .
Os sistemas de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ter tecnologias necessárias para remover sólidos dissolvidos problemáticos, sólidos suspensos e material orgânico, tema que será abordado mais à frente.
Os processos específicos de tratamento variam dependendo das exigências da caldeira e da qualidade / química da água da alimentação e de makeup, mas um sistema típico de tratamento de água da alimentação de caldeiras inclui as seguintes etapas <ref name=":1" />:

*Makeup da água;
*Coagulação e [[Wikipedia:Precipitação (química)|precipitação química]];
*[[Wikipedia:Filtração|Filtração]] e [[Wikipedia:Ultrafiltração|ultrafiltração]];
*''[[Wikipedia:Softening|Softening]]'' da troca de iões;
*Dealcalinização;
*[[Wikipedia:Osmose inversa|Osmose inversa]] e [[Wikipedia:Nanofiltração|nanofiltração]];
*[[Wikipedia:Deaeration|Desaeração]] ou [[Wikipedia:Desgaseificação|desgaseificação]];
*Distribuição.

==Custos do sistema==
Os custos de um sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ser complexos de estimar, dependendo de vários fatores, como as várias pressões da caldeira, recomendações do fabricante e química da água de makeup, pois um tratamento inadequado da água pode levar à incrustação e à corrosão da caldeira e do equipamento a jusante. A qualidade da água da alimentação necessária para uma caldeira depende da pressão de operação da mesma em relação à quantidade de água que é processada por dia e com que velocidade, em [[Wikipedia:Galão|Galões Por Minuto (GPM)]], tal como observado na Tabela 1 <ref name=":1" />.
<center>
{| class="wikitable"
|+Tabela 1- Valor do sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras consoante a pressão utilizada <ref name=":1" />.
|-
! width="170" |Pressão das caldeiras
! width="400" |Valor ($)
|-
|- align="center"
!'''Baixa (< 600psi)'''
|50M - 100M (100GPM)
100M - 250M (se necessário o ''softener'' ou decalcalinizante)
|- align="center"
!'''Alta (≥ 600psi)'''
|500M - 1mM (100GPM)
1mM - 1.5mM (200GPM)
|}
</center>
De referir que, para determinadas pressões, existe um nível máximo de contaminantes que podem ser introduzidos na caldeira, e à medida que se aumenta a pressão na caldeira, torna-se mais crítico o tratamento completo da água <ref name=":1" />.
Além da pressão, existem outros fatores importantes que poderão influenciar o preço do sistema, devendo a sua seleção ser feita com cuidado: a escolha da fonte de água da alimentação (da cidade, de efluentes tratados ou de poço) poderá minimizar as despesas de capital ([[Wikipedia:CAPEX|CAPEX – ''capital expenditure'']]) e de operação ([[Wikipedia:OPEX|OPEX – ''operational expenditure'']]); o planeamento do projeto e requisitos regulamentares representam 10 - 15% do custo total do projeto; as taxas de instalação que dependem do local onde é implementado o sistema, normalmente, custam 15 - 25% do projeto; o transporte do sistema para a planta que, além de depender da época em que é realizado, também varia consoante a distância da planta em relação à instalação de fabrico, reflete 5 - 10% do custo do projeto. Por exemplo, um sistema básico pode ter válvulas multiportas, tubulações de plástico e vasos de plástico, enquanto um sistema mais robusto requer revestimento de borracha e tubulações de aço inoxidável com ninhos de válvulas industriais. Estes fatores industriais podem aumentar o custo total do sistema em 50 - 100% <ref name=":1" />.

==Problemáticas comuns causadas pela água da alimentação==
Apesar de os problemas que surgem serem próprios de cada instalação, alguns deles são, tipicamente, recorrentes. Entre eles destacam-se a produção de lamas, o desenvolvimento de depósitos, a corrosão e a formação de espumas e ''priming'' <ref name=":1" />.

A '''produção de lamas''' deve-se, essencialmente, à presença de sedimentos ou óleos. Os sólidos podem depositar em áreas com menor fluxo, formando-se uma camada isolante. Isto pode levar ao sobreaquecimento das tubagens e, eventualmente, ruturas. Utilizam-se métodos como a filtração, sedimentação e ''softening'' para lidar com o problema a montante. Caso haja passagem de lamas, é importante remover a camada que se forma nos tubos antes que esta endureça por ação do calor. Em caldeiras de baixa pressão, é possível usar condicionadores de lamas líquidos para que estas sejam removidas na purga <ref name=":1" />.

A '''formação de depósitos''' resulta, como foi mencionado, da precipitação de impurezas que formam camadas extremamente duras. A melhor forma de lidar com o problema é evitá-lo. A água deve ser previamente submetida a tratamentos como osmose inversa, ''[[Wikipedia:Electrodeionization|electrodeionization]]'' e ''[[Wikipedia:Capacitive deionization|deionization]]'' <ref name=":1" />.

A '''corrosão''' consiste na degradação do metal que constitui o equipamento, formando-se pontos de ''stress'' e fraturas que podem levar a ruturas. Este fenómeno ocorre preferencialmente nos pontos quentes da caldeira. A corrosão é fomentada pela presença de [[Wikipedia:Oxigénio|oxigénio]], [[Wikipedia:Dióxido de carbono|dióxido de carbono]] e [[Wikipedia:Cloro|cloro]] (em concentrações elevadas). O uso de ''[[Wikipedia:Scavenger (chemistry)|scavengers]]'' de oxigénio e desarejadores é comum para lidar com o problema, sendo também importante controlar o pH da água <ref name=":1" />.

Frequentemente, a '''formação de espumas''' e '''''priming''''' são dois fenómenos que ocorrem simultaneamente. Quando há quantidades elevadas de sólidos dissolvidos na superfície da água, a evaporação leva à formação de bolhas destas impurezas (espuma) que podem ser arrastadas com o vapor (''priming''), causando problemas nos equipamentos a jusante e diminuindo a sua eficiência. Para resolver esta questão deve-se manter uma concentração de sólidos dissolvidos baixa e controlar a alcalinidade e o pH da água. Algumas técnicas frequentemente usadas são a filtração, a troca iónica e ''softening'' <ref name=":1" />.

==Alguns contaminantes e possíveis tratamentos==
Os principais objetivos do tratamento da água para alimentação das caldeiras é evitar a formação de espumas e depósitos, ''priming'' e a corrosão. Antes sequer de pensar nos tratamentos que serão feitos à água, é necessário escolher a fonte dessa mesma água que se quer o mais pura possível pelo menor preço, sendo a dicotomia preço / qualidade de extrema importância. Algumas das possíveis fontes são a água da rede, efluentes de ETAR’s, água proveniente de uma torre de refrigeração dentro da planta, lençóis de água subterrâneos e de superfície <ref name=":1" />.

Na Tabela 2, encontra-se uma lista de contaminantes frequentemente encontrados na água e os respetivos tratamentos a usar, a fim de evitar os problemas que causam no equipamento.
{| class="wikitable"
|+Tabela 2- Impurezas frequentemente detetadas na água, respetivos problemas que causam nos equipamentos e como preveni-los <ref>Lenntech (2019). ''Boiler Feed Water''. Acedido a 19 de Fevereiro de 2019, no Web site da: <nowiki>https://www.lenntech.com/applications/process/boiler/boiler-feed-water.htm</nowiki></ref>.
!
!Impureza
!Problemática
!Tratamentos
|-
! rowspan="3" |'''Gases Solúveis'''
|Ácido sulfídrico
|Corrosivo para a maioria dos metais
|Arejamento, filtração e cloração (c''hlorination'')
|-
|Dióxido de carbono
|Corrosivo; forma ácido carbónico no condensado
|Desarejamento e neutralização com compostos alcalinos
|-
|Oxigénio
|Corrosão localizada (''pitting'') nos tubos da caldeira
|Desarejamento e tratamento químico com sulfito de sódio ou hidrazina
|-
! rowspan="2" |'''Sólidos Suspensos'''
|Turbidez e sedimento
|Arrastamento de lamas e depósitos
|Clarificação e filtração (5 mg/L no máximo)
|-
|Matéria orgânica
|Formação de espumas; formação de depósitos que podem entupir os tubos e causar corrosão
|Clarificação, filtração e tratamento químico
|-
! rowspan="7" |'''Sólidos Coloidais'''

'''Dissolvidos'''

'''(D''issolved'''''

'''''Colloidal'''''

'''''Solids'')'''
|Óleos e gorduras
|Formação de espumas e depósitos
|Coagulação e filtração
|-
|Dureza, cálcio e magnésio
|Formação de depósitos (maior resistência à transferência de calor e menor eficiência); pode levar à falha da caldeira
|''Softening'' da água e tratamento interno da caldeira
|-
|Sódio, alcalinidade, NaOH, NaHCO3, Na2CO3
|Formação de espumas; formação de ácido carbónico no vapor, causando corrosão e fragilizando o equipamento
|Desarejamento da água de reposição e do condensado, troca iónica, desionização e tratamento acídico da água de reposição
|-
|Sulfatos
|Formação de depósitos (especialmente na presença de cálcio)
|Desionização
|-
|Clorados (''chlorides'')
|''Priming''; arrastamento da fase líquida pelo vapor baixando a eficiência e causando depósitos de sais; formação de espumas
|Desionização
|-
|Ferro e Manganésio
|Formação de depósitos que aumentam a resistência à transferência de calor
|Arejamento, filtração e troca iónica
|-
|Sílica
|Formação de depósitos
|Desionização, ''lime soda process'', ''hot-lime-zeolite treatment''
|}

Finalmente, existem limites máximos recomendáveis para a presença estes compostos na água para alimentação de caldeiras, de modo a garantir o bom funcionamento do equipamento. A [[Wikipedia:Sociedade dos Engenheiros Mecânicos dos Estados Unidos|Associação Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME)]] publicou uma lista para auxiliar as empresas, podendo-se encontrar alguns dos parâmetros recomendados na Tabela 3.

{| class="wikitable"
|+Tabela 3- Limites recomendados pela ASME para alguns contaminantes presentes na água para diferentes gamas de pressão de operação da caldeira <ref name=":1" />.
!
! colspan="3" |Água de Alimentação da Caldeira
! colspan="3" |'''Fase Aquosa na Caldeira'''
|-
!Pressão no Tambor
(bar)
!Ferro
(mg/L de Fe)
!Cobre
(mg/L de Cu)
!Dureza Total
(mg/L de '''CaCO3''')
!Sílica
(mg/L de '''SiO2''')
!'''Alcalinidade Total'''

'''(mg/L de CaCO3)'''
!'''Condutividade Específica'''

'''(μΩ/cm) (não neutralizada)'''
|-
!'''0 - 20,7'''
|0,100
|0,050
|0,300
|150
|700
|7000
|-
!'''20,8 - 31,0'''
|0,050
|0,025
|0,300
|90
|600
|6000
|-
!'''31,1 - 41,4'''
|0,030
|0,020
|0,200
|40
|500
|5000
|-
!'''41,5 - 51,7'''
|0,025
|0,020
|0,200
|30
|400
|4000
|-
!'''51,8 - 62,1'''
|0,020
|0,015
|0,100
|20
|300
|3000
|-
!'''62,2 - 68,9'''
|0,020
|0,015
|0,050
|8
|200
|2000
|-
!'''69,0 - 103,4'''
|0,010
|0,010
|0,0
|2
|0
|150
|-
!'''103,5 - 137,9'''
|0,010
|0,010
|0,0
|1
|0
|100
|}

Como é possível observar, à medida que a pressão de operação aumenta, a exigência na pureza da água também aumenta. A maioria destes compostos, quando sujeitos a temperaturas elevadas, podem causar acumulação de depósitos, corrosão, [[Wikipedia:Fouling|fouling]] e incrustações, sendo crucial removê-los ou transformá-los para garantir o normal funcionamento do equipamento e prolongar o seu tempo útil de vida. A melhor maneira de o fazer será segundo as recomendações para a qualidade da água do fornecedor da caldeira e consultar um perito desta área de intervenção <ref name=":1" />.

==Referências==
[[Categoria:Utilidades industriais]]
<references />

Tratamento de Água da Alimentação de Caldeiras

2019-04-18T12:48:38Z

DiogoLucas:

Trabalho relativo à utilidade '''Água da Alimentação de Caldeiras''' realizado por: Diogo Lucas e Joana Costa, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química.

Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

==Definição e funcionamento==
Atualmente, dos muitos usos da energia na indústria, nos transportes e nas residências, a maior parte da utilização total é direcionada para a produção de [[Wikipedia:Vapor|vapor]] através da oxidação de [[Wikipedia:Combustível fóssil|combustíveis fósseis]]. O tratamento de [[Wikipedia:Água|água]] para a geração de vapor é um dos ramos mais sofisticados da química da água. Uma compreensão, dos fundamentos da química da água da [[Wikipedia:Caldeira|caldeira]], é essencial para o engenheiro de energia que, continuamente, aumenta a eficiência das caldeiras e equipamentos que utilizam vapor <ref>Kemmer, F. (1988). ''The NALCO Water Handbook''. Chapter 39: Boiler Water Treatment. 2ª Edição, Nalco Chemical Company. Nova Iorque.</ref>. As caldeiras são usadas numa vasta gama de aplicações, desde aquecedores de água quente a produção de vapor para turbinas de 1000MW em usinas de energia elétrica. O sistema de controlo vai-se tornando mais complexo à medida que a caldeira aumenta de dimensão <ref name=":0">Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.
[[Ficheiro:Figura 1- Diagrama de blocos com os inputs e outputs da caldeira.png|centro|miniaturadaimagem|500x500px|Figura 1- Diagrama de blocos com os inputs e outputs da caldeira.]]
Na Figura 1, acima exposta, encontra-se esquematizado um diagrama de blocos em que se verifica que uma caldeira tem um objetivo essencial, que é a produção de vapor a uma [[Wikipedia:Pressão|pressão]] e [[Wikipedia:Temperatura|temperatura]] desejadas para um determinado processo e que, para se alcançar isso, são necessárias três correntes de alimentação básicas: [[Wikipedia:Combustível|combustível]] (carvão, gás natural, óleo combustível ou resíduos sólidos), água e [[Wikipedia:Combustão|gases de combustão]] <ref name=":0" />.
O tratamento de água para alimentação de caldeiras industriais foca a remoção ou modificação química de substâncias potencialmente prejudiciais à caldeira <ref>Kispotta, N., Sidar, D., Sen, P., Choudhary, G., Bohidar, S. (2014). Common Boiler Feed Water Treatment in the Industry [Versão eletrónica]. International Journal for Innovative Research in Science & Technology, 1: 59-62. Acedido a 15 de Fevereiro de 2019, em: <nowiki>http://www.ijirst.org/articles/IJIRSTV1I6046.pdf</nowiki></ref>, devendo ser eficiente, bem projetado e constituído por várias tecnologias individuais, de modo a <ref name=":1">SAMCO (2016). ''All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment''. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: <nowiki>https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</nowiki></ref>:

*'''Tratar''' eficientemente a água de alimentação da caldeira e '''remover''' impurezas prejudiciais, antes de entrar na caldeira;
*'''Promover''' o controlo da química interna da caldeira;
*'''Maximizar''' o uso de condensado de vapor;
*'''Controlar''' a corrosão da linha de retorno;
*'''Evitar''' o tempo de paragem e a falha da caldeira;
*'''Prolongar''' a vida útil do equipamento.

[[Ficheiro:Esquema de uma caldeira.jpg|miniaturadaimagem|340x340px|Figura 2- Esquema de uma caldeira <ref>Marcepinc (2018). ''Boiler Water Chemistry & Steam Generation System In Power Plant In India'' [Figura]. Acedido a 21 de Fevereiro de 2019, em: <nowiki>https://marcepinc.com/files/67dcf2d1434adb072ee9f83a326075f9.jpg</nowiki></ref>.]]
Assim, irá haver uma garantia, de que o tratamento implementado evite a ocorrência de problemas, como [[Wikipedia:Incrustação|incrustações]] e [[Wikipedia:Corrosão|corrosão]], prevenindo substituições / reparações dispendiosas no futuro <ref name=":1" /> .
Os sistemas de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ter tecnologias necessárias para remover sólidos dissolvidos problemáticos, sólidos suspensos e material orgânico, tema que será abordado mais à frente.
Os processos específicos de tratamento variam dependendo das exigências da caldeira e da qualidade / química da água da alimentação e de makeup, mas um sistema típico de tratamento de água da alimentação de caldeiras inclui as seguintes etapas <ref name=":1" />:

*Makeup da água;
*Coagulação e [[Wikipedia:Precipitação (química)|precipitação química]];
*[[Wikipedia:Filtração|Filtração]] e [[Wikipedia:Ultrafiltração|ultrafiltração]];
*''[[Wikipedia:Softening|Softening]]'' da troca de iões;
*Dealcalinização;
*[[Wikipedia:Osmose inversa|Osmose inversa]] e [[Wikipedia:Nanofiltração|nanofiltração]];
*[[Wikipedia:Deaeration|Desaeração]] ou [[Wikipedia:Desgaseificação|desgaseificação]];
*Distribuição.

==Custos do sistema==
Os custos de um sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ser complexos de estimar, dependendo de vários fatores, como as várias pressões da caldeira, recomendações do fabricante e química da água de makeup, pois um tratamento inadequado da água pode levar à incrustação e à corrosão da caldeira e do equipamento a jusante. A qualidade da água da alimentação necessária para uma caldeira depende da pressão de operação da mesma em relação à quantidade de água que é processada por dia e com que velocidade, em [[Wikipedia:Galão|Galões Por Minuto (GPM)]], tal como observado na Tabela 1 <ref name=":1" />.
<center>
{| class="wikitable"
|+Tabela 1- Valor do sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras consoante a pressão utilizada <ref name=":1" />.
|-
! width="170" |Pressão das caldeiras
! width="400" |Valor ($)
|-
|- align="center"
|'''Baixa (< 600psi)'''
|50M - 100M (100GPM)
100M - 250M (se necessário o ''softener'' ou decalcalinizante)
|- align="center"
|'''Alta (≥ 600psi)'''
|500M - 1mM (100GPM)
1mM - 1.5mM (200GPM)
|}
</center>
De referir que, para determinadas pressões, existe um nível máximo de contaminantes que podem ser introduzidos na caldeira, e à medida que se aumenta a pressão na caldeira, torna-se mais crítico o tratamento completo da água <ref name=":1" />.
Além da pressão, existem outros fatores importantes que poderão influenciar o preço do sistema, devendo a sua seleção ser feita com cuidado: a escolha da fonte de água da alimentação (da cidade, de efluentes tratados ou de poço) poderá minimizar as despesas de capital ([[Wikipedia:CAPEX|CAPEX – ''capital expenditure'']]) e de operação ([[Wikipedia:OPEX|OPEX – ''operational expenditure'']]); o planeamento do projeto e requisitos regulamentares representam 10 - 15% do custo total do projeto; as taxas de instalação que dependem do local onde é implementado o sistema, normalmente, custam 15 - 25% do projeto; o transporte do sistema para a planta que, além de depender da época em que é realizado, também varia consoante a distância da planta em relação à instalação de fabrico, reflete 5 - 10% do custo do projeto. Por exemplo, um sistema básico pode ter válvulas multiportas, tubulações de plástico e vasos de plástico, enquanto um sistema mais robusto requer revestimento de borracha e tubulações de aço inoxidável com ninhos de válvulas industriais. Estes fatores industriais podem aumentar o custo total do sistema em 50 - 100% <ref name=":1" />.

==Problemáticas comuns causadas pela água da alimentação==
Apesar de os problemas que surgem serem próprios de cada instalação, alguns deles são, tipicamente, recorrentes. Entre eles destacam-se a produção de lamas, o desenvolvimento de depósitos, a corrosão e a formação de espumas e ''priming'' <ref name=":1" />.

A '''produção de lamas''' deve-se, essencialmente, à presença de sedimentos ou óleos. Os sólidos podem depositar em áreas com menor fluxo, formando-se uma camada isolante. Isto pode levar ao sobreaquecimento das tubagens e, eventualmente, ruturas. Utilizam-se métodos como a filtração, sedimentação e ''softening'' para lidar com o problema a montante. Caso haja passagem de lamas, é importante remover a camada que se forma nos tubos antes que esta endureça por ação do calor. Em caldeiras de baixa pressão, é possível usar condicionadores de lamas líquidos para que estas sejam removidas na purga <ref name=":1" />.

A '''formação de depósitos''' resulta, como foi mencionado, da precipitação de impurezas que formam camadas extremamente duras. A melhor forma de lidar com o problema é evitá-lo. A água deve ser previamente submetida a tratamentos como osmose inversa, ''[[Wikipedia:Electrodeionization|electrodeionization]]'' e ''[[Wikipedia:Capacitive deionization|deionization]]'' <ref name=":1" />.

A '''corrosão''' consiste na degradação do metal que constitui o equipamento, formando-se pontos de ''stress'' e fraturas que podem levar a ruturas. Este fenómeno ocorre preferencialmente nos pontos quentes da caldeira. A corrosão é fomentada pela presença de [[Wikipedia:Oxigénio|oxigénio]], [[Wikipedia:Dióxido de carbono|dióxido de carbono]] e [[Wikipedia:Cloro|cloro]] (em concentrações elevadas). O uso de ''[[Wikipedia:Scavenger (chemistry)|scavengers]]'' de oxigénio e desarejadores é comum para lidar com o problema, sendo também importante controlar o pH da água <ref name=":1" />.

Frequentemente, a '''formação de espumas''' e '''''priming''''' são dois fenómenos que ocorrem simultaneamente. Quando há quantidades elevadas de sólidos dissolvidos na superfície da água, a evaporação leva à formação de bolhas destas impurezas (espuma) que podem ser arrastadas com o vapor (''priming''), causando problemas nos equipamentos a jusante e diminuindo a sua eficiência. Para resolver esta questão deve-se manter uma concentração de sólidos dissolvidos baixa e controlar a alcalinidade e o pH da água. Algumas técnicas frequentemente usadas são a filtração, a troca iónica e ''softening'' <ref name=":1" />.

==Alguns contaminantes e possíveis tratamentos==
Os principais objetivos do tratamento da água para alimentação das caldeiras é evitar a formação de espumas e depósitos, ''priming'' e a corrosão. Antes sequer de pensar nos tratamentos que serão feitos à água, é necessário escolher a fonte dessa mesma água que se quer o mais pura possível pelo menor preço, sendo a dicotomia preço / qualidade de extrema importância. Algumas das possíveis fontes são a água da rede, efluentes de ETAR’s, água proveniente de uma torre de refrigeração dentro da planta, lençóis de água subterrâneos e de superfície <ref name=":1" />.

Na Tabela 2, encontra-se uma lista de contaminantes frequentemente encontrados na água e os respetivos tratamentos a usar, a fim de evitar os problemas que causam no equipamento.
{| class="wikitable"
|+Tabela 2- Impurezas frequentemente detetadas na água, respetivos problemas que causam nos equipamentos e como preveni-los <ref>Lenntech (2019). ''Boiler Feed Water''. Acedido a 19 de Fevereiro de 2019, no Web site da: <nowiki>https://www.lenntech.com/applications/process/boiler/boiler-feed-water.htm</nowiki></ref>.
!
!Impureza
!Problemática
!Tratamentos
|-
! rowspan="3" |'''Gases Solúveis'''
|Ácido sulfídrico
|Corrosivo para a maioria dos metais
|Arejamento, filtração e cloração (c''hlorination'')
|-
|Dióxido de carbono
|Corrosivo; forma ácido carbónico no condensado
|Desarejamento e neutralização com compostos alcalinos
|-
|Oxigénio
|Corrosão localizada (''pitting'') nos tubos da caldeira
|Desarejamento e tratamento químico com sulfito de sódio ou hidrazina
|-
! rowspan="2" |'''Sólidos Suspensos'''
|Turbidez e sedimento
|Arrastamento de lamas e depósitos
|Clarificação e filtração (5 mg/L no máximo)
|-
|Matéria orgânica
|Formação de espumas; formação de depósitos que podem entupir os tubos e causar corrosão
|Clarificação, filtração e tratamento químico
|-
! rowspan="7" |'''Sólidos Coloidais'''

'''Dissolvidos'''

'''(D''issolved'''''

'''''Colloidal'''''

'''''Solids'')'''
|Óleos e gorduras
|Formação de espumas e depósitos
|Coagulação e filtração
|-
|Dureza, cálcio e magnésio
|Formação de depósitos (maior resistência à transferência de calor e menor eficiência); pode levar à falha da caldeira
|''Softening'' da água e tratamento interno da caldeira
|-
|Sódio, alcalinidade, NaOH, NaHCO3, Na2CO3
|Formação de espumas; formação de ácido carbónico no vapor, causando corrosão e fragilizando o equipamento
|Desarejamento da água de reposição e do condensado, troca iónica, desionização e tratamento acídico da água de reposição
|-
|Sulfatos
|Formação de depósitos (especialmente na presença de cálcio)
|Desionização
|-
|Clorados (''chlorides'')
|''Priming''; arrastamento da fase líquida pelo vapor baixando a eficiência e causando depósitos de sais; formação de espumas
|Desionização
|-
|Ferro e Manganésio
|Formação de depósitos que aumentam a resistência à transferência de calor
|Arejamento, filtração e troca iónica
|-
|Sílica
|Formação de depósitos
|Desionização, ''lime soda process'', ''hot-lime-zeolite treatment''
|}

Finalmente, existem limites máximos recomendáveis para a presença estes compostos na água para alimentação de caldeiras, de modo a garantir o bom funcionamento do equipamento. A [[Wikipedia:Sociedade dos Engenheiros Mecânicos dos Estados Unidos|Associação Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME)]] publicou uma lista para auxiliar as empresas, podendo-se encontrar alguns dos parâmetros recomendados na Tabela 3.

{| class="wikitable"
|+Tabela 3- Limites recomendados pela ASME para alguns contaminantes presentes na água para diferentes gamas de pressão de operação da caldeira <ref name=":1" />.
!
! colspan="3" |Água de Alimentação da Caldeira
! colspan="3" |'''Fase Aquosa na Caldeira'''
|-
!Pressão no Tambor
(bar)
!Ferro
(mg/L de Fe)
!Cobre
(mg/L de Cu)
!Dureza Total
(mg/L de '''CaCO3''')
!Sílica
(mg/L de '''SiO2''')
!'''Alcalinidade Total'''

'''(mg/L de CaCO3)'''
!'''Condutividade Específica'''

'''(μΩ/cm) (não neutralizada)'''
|-
!'''0 - 20,7'''
|0,100
|0,050
|0,300
|150
|700
|7000
|-
!'''20,8 - 31,0'''
|0,050
|0,025
|0,300
|90
|600
|6000
|-
!'''31,1 - 41,4'''
|0,030
|0,020
|0,200
|40
|500
|5000
|-
!'''41,5 - 51,7'''
|0,025
|0,020
|0,200
|30
|400
|4000
|-
!'''51,8 - 62,1'''
|0,020
|0,015
|0,100
|20
|300
|3000
|-
!'''62,2 - 68,9'''
|0,020
|0,015
|0,050
|8
|200
|2000
|-
!'''69,0 - 103,4'''
|0,010
|0,010
|0,0
|2
|0
|150
|-
!'''103,5 - 137,9'''
|0,010
|0,010
|0,0
|1
|0
|100
|}

Como é possível observar, à medida que a pressão de operação aumenta, a exigência na pureza da água também aumenta. A maioria destes compostos, quando sujeitos a temperaturas elevadas, podem causar acumulação de depósitos, corrosão, [[Wikipedia:Fouling|fouling]] e incrustações, sendo crucial removê-los ou transformá-los para garantir o normal funcionamento do equipamento e prolongar o seu tempo útil de vida. A melhor maneira de o fazer será segundo as recomendações para a qualidade da água do fornecedor da caldeira e consultar um perito desta área de intervenção <ref name=":1" />.

==Referências==
[[Categoria:Utilidades industriais]]
<references />

Tratamento de Água da Alimentação de Caldeiras

2019-04-18T12:47:15Z

DiogoLucas:

Trabalho relativo à utilidade '''Água da Alimentação de Caldeiras''' realizado por: Diogo Lucas e Joana Costa, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química.

Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

==Definição e funcionamento==
Atualmente, dos muitos usos da energia na indústria, nos transportes e nas residências, a maior parte da utilização total é direcionada para a produção de [[Wikipedia:Vapor|vapor]] através da oxidação de [[Wikipedia:Combustível fóssil|combustíveis fósseis]]. O tratamento de [[Wikipedia:Água|água]] para a geração de vapor é um dos ramos mais sofisticados da química da água. Uma compreensão, dos fundamentos da química da água da [[Wikipedia:Caldeira|caldeira]], é essencial para o engenheiro de energia que, continuamente, aumenta a eficiência das caldeiras e equipamentos que utilizam vapor <ref>Kemmer, F. (1988). ''The NALCO Water Handbook''. Chapter 39: Boiler Water Treatment. 2ª Edição, Nalco Chemical Company. Nova Iorque.</ref>. As caldeiras são usadas numa vasta gama de aplicações, desde aquecedores de água quente a produção de vapor para turbinas de 1000MW em usinas de energia elétrica. O sistema de controlo vai-se tornando mais complexo à medida que a caldeira aumenta de dimensão <ref name=":0">Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.
[[Ficheiro:Figura 1- Diagrama de blocos com os inputs e outputs da caldeira.png|centro|miniaturadaimagem|500x500px|Figura 1- Diagrama de blocos com os inputs e outputs da caldeira.]]
Na Figura 1, acima exposta, encontra-se esquematizado um diagrama de blocos em que se verifica que uma caldeira tem um objetivo essencial, que é a produção de vapor a uma [[Wikipedia:Pressão|pressão]] e [[Wikipedia:Temperatura|temperatura]] desejadas para um determinado processo e que, para se alcançar isso, são necessárias três correntes de alimentação básicas: [[Wikipedia:Combustível|combustível]] (carvão, gás natural, óleo combustível ou resíduos sólidos), água e [[Wikipedia:Combustão|gases de combustão]] <ref name=":0" />.
O tratamento de água para alimentação de caldeiras industriais foca a remoção ou modificação química de substâncias potencialmente prejudiciais à caldeira <ref>Kispotta, N., Sidar, D., Sen, P., Choudhary, G., Bohidar, S. (2014). Common Boiler Feed Water Treatment in the Industry [Versão eletrónica]. International Journal for Innovative Research in Science & Technology, 1: 59-62. Acedido a 15 de Fevereiro de 2019, em: <nowiki>http://www.ijirst.org/articles/IJIRSTV1I6046.pdf</nowiki></ref>, devendo ser eficiente, bem projetado e constituído por várias tecnologias individuais, de modo a <ref name=":1">SAMCO (2016). ''All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment''. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: <nowiki>https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</nowiki></ref>:

*'''Tratar''' eficientemente a água de alimentação da caldeira e '''remover''' impurezas prejudiciais, antes de entrar na caldeira;
*'''Promover''' o controlo da química interna da caldeira;
*'''Maximizar''' o uso de condensado de vapor;
*'''Controlar''' a corrosão da linha de retorno;
*'''Evitar''' o tempo de paragem e a falha da caldeira;
*'''Prolongar''' a vida útil do equipamento.

[[Ficheiro:Esquema de uma caldeira.jpg|miniaturadaimagem|340x340px|Figura 2- Esquema de uma caldeira <ref>Marcepinc (2018). ''Boiler Water Chemistry & Steam Generation System In Power Plant In India'' [Figura]. Acedido a 21 de Fevereiro de 2019, em: <nowiki>https://marcepinc.com/files/67dcf2d1434adb072ee9f83a326075f9.jpg</nowiki></ref>.]]
Assim, irá haver uma garantia, de que o tratamento implementado evite a ocorrência de problemas, como [[Wikipedia:Incrustação|incrustações]] e [[Wikipedia:Corrosão|corrosão]], prevenindo substituições / reparações dispendiosas no futuro <ref name=":1" /> .
Os sistemas de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ter tecnologias necessárias para remover sólidos dissolvidos problemáticos, sólidos suspensos e material orgânico, tema que será abordado mais à frente.
Os processos específicos de tratamento variam dependendo das exigências da caldeira e da qualidade / química da água da alimentação e de makeup, mas um sistema típico de tratamento de água da alimentação de caldeiras inclui as seguintes etapas <ref name=":1" />:

*Makeup da água;
*Coagulação e [[Wikipedia:Precipitação (química)|precipitação química]];
*[[Wikipedia:Filtração|Filtração]] e [[Wikipedia:Ultrafiltração|ultrafiltração]];
*''[[Wikipedia:Softening|Softening]]'' da troca de iões;
*Dealcalinização;
*[[Wikipedia:Osmose inversa|Osmose inversa]] e [[Wikipedia:Nanofiltração|nanofiltração]];
*[[Wikipedia:Deaeration|Desaeração]] ou [[Wikipedia:Desgaseificação|desgaseificação]];
*Distribuição.

==Custos do sistema==
Os custos de um sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ser complexos de estimar, dependendo de vários fatores, como as várias pressões da caldeira, recomendações do fabricante e química da água de makeup, pois um tratamento inadequado da água pode levar à incrustação e à corrosão da caldeira e do equipamento a jusante. A qualidade da água da alimentação necessária para uma caldeira depende da pressão de operação da mesma em relação à quantidade de água que é processada por dia e com que velocidade, em [[Wikipedia:Galão|Galões Por Minuto (GPM)]], tal como observado na Tabela 1 <ref name=":1" />.
<center>
{| class="wikitable"
|+Tabela 1- Valor do sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras consoante a pressão utilizada <ref name=":1" />.
|-
! width="170" |Pressão das caldeiras
! width="400" |Valor ($)
|-
|- align="center"
|'''Baixa (< 600psi)'''
|50M - 100M (100GPM)
100M - 250M (se necessário o ''softener'' ou decalcalinizante)
|- align="center"
|'''Alta (≥ 600psi)'''
|500M - 1mM (100GPM)
1mM - 1.5mM (200GPM)
|}
</center>
De referir que, para determinadas pressões, existe um nível máximo de contaminantes que podem ser introduzidos na caldeira, e à medida que se aumenta a pressão na caldeira, torna-se mais crítico o tratamento completo da água <ref name=":1" />.
Além da pressão, existem outros fatores importantes que poderão influenciar o preço do sistema, devendo a sua seleção ser feita com cuidado: a escolha da fonte de água da alimentação (da cidade, de efluentes tratados ou de poço) poderá minimizar as despesas de capital ([[Wikipedia:CAPEX|CAPEX – ''capital expenditure'']]) e de operação ([[Wikipedia:OPEX|OPEX – ''operational expenditure'']]); o planeamento do projeto e requisitos regulamentares representam 10 - 15% do custo total do projeto; as taxas de instalação que dependem do local onde é implementado o sistema, normalmente, custam 15 - 25% do projeto; o transporte do sistema para a planta que, além de depender da época em que é realizado, também varia consoante a distância da planta em relação à instalação de fabrico, reflete 5 - 10% do custo do projeto. Por exemplo, um sistema básico pode ter válvulas multiportas, tubulações de plástico e vasos de plástico, enquanto um sistema mais robusto requer revestimento de borracha e tubulações de aço inoxidável com ninhos de válvulas industriais. Estes fatores industriais podem aumentar o custo total do sistema em 50 - 100% <ref name=":1" />.

==Problemáticas comuns causadas pela água da alimentação==
Apesar de os problemas que surgem serem próprios de cada instalação, alguns deles são, tipicamente, recorrentes. Entre eles destacam-se a produção de lamas, o desenvolvimento de depósitos, a corrosão e a formação de espumas e ''priming'' <ref name=":1" />.

A '''produção de lamas''' deve-se, essencialmente, à presença de sedimentos ou óleos. Os sólidos podem depositar em áreas com menor fluxo, formando-se uma camada isolante. Isto pode levar ao sobreaquecimento das tubagens e, eventualmente, ruturas. Utilizam-se métodos como a filtração, sedimentação e ''softening'' para lidar com o problema a montante. Caso haja passagem de lamas, é importante remover a camada que se forma nos tubos antes que esta endureça por ação do calor. Em caldeiras de baixa pressão, é possível usar condicionadores de lamas líquidos para que estas sejam removidas na purga <ref name=":1" />.

A '''formação de depósitos''' resulta, como foi mencionado, da precipitação de impurezas que formam camadas extremamente duras. A melhor forma de lidar com o problema é evitá-lo. A água deve ser previamente submetida a tratamentos como osmose inversa, ''[[Wikipedia:Electrodeionization|electrodeionization]]'' e ''[[Wikipedia:Capacitive deionization|deionization]]'' <ref name=":1" />.

A '''corrosão''' consiste na degradação do metal que constitui o equipamento, formando-se pontos de ''stress'' e fraturas que podem levar a ruturas. Este fenómeno ocorre preferencialmente nos pontos quentes da caldeira. A corrosão é fomentada pela presença de [[Wikipedia:Oxigénio|oxigénio]], [[Wikipedia:Dióxido de carbono|dióxido de carbono]] e [[Wikipedia:Cloro|cloro]] (em concentrações elevadas). O uso de ''[[Wikipedia:Scavenger (chemistry)|scavengers]]'' de oxigénio e desarejadores é comum para lidar com o problema, sendo também importante controlar o pH da água <ref name=":1" />.

Frequentemente, a '''formação de espumas''' e '''''priming''''' são dois fenómenos que ocorrem simultaneamente. Quando há quantidades elevadas de sólidos dissolvidos na superfície da água, a evaporação leva à formação de bolhas destas impurezas (espuma) que podem ser arrastadas com o vapor (''priming''), causando problemas nos equipamentos a jusante e diminuindo a sua eficiência. Para resolver esta questão deve-se manter uma concentração de sólidos dissolvidos baixa e controlar a alcalinidade e o pH da água. Algumas técnicas frequentemente usadas são a filtração, a troca iónica e ''softening'' <ref name=":1" />.

==Alguns contaminantes e possíveis tratamentos==
Os principais objetivos do tratamento da água para alimentação das caldeiras é evitar a formação de espumas e depósitos, ''priming'' e a corrosão. Antes sequer de pensar nos tratamentos que serão feitos à água, é necessário escolher a fonte dessa mesma água que se quer o mais pura possível pelo menor preço, sendo a dicotomia preço / qualidade de extrema importância. Algumas das possíveis fontes são a água da rede, efluentes de ETAR’s, água proveniente de uma torre de refrigeração dentro da planta, lençóis de água subterrâneos e de superfície <ref name=":1" />.

Na Tabela 2, encontra-se uma lista de contaminantes frequentemente encontrados na água e os respetivos tratamentos a usar, a fim de evitar os problemas que causam no equipamento.
{| class="wikitable"
|+Tabela 2- Impurezas frequentemente detetadas na água, respetivos problemas que causam nos equipamentos e como preveni-los <ref>Lenntech (2019). ''Boiler Feed Water''. Acedido a 19 de Fevereiro de 2019, no Web site da: <nowiki>https://www.lenntech.com/applications/process/boiler/boiler-feed-water.htm</nowiki></ref>.
!
!Impureza
!Problemática
!Tratamentos
|-
! rowspan="3" |'''Gases Solúveis'''
|Ácido sulfídrico
|Corrosivo para a maioria dos metais
|Arejamento, filtração e cloração (c''hlorination'')
|-
|Dióxido de carbono
|Corrosivo; forma ácido carbónico no condensado
|Desarejamento e neutralização com compostos alcalinos
|-
|Oxigénio
|Corrosão localizada (''pitting'') nos tubos da caldeira
|Desarejamento e tratamento químico com sulfito de sódio ou hidrazina
|-
! rowspan="2" |'''Sólidos Suspensos'''
|Turbidez e sedimento
|Arrastamento de lamas e depósitos
|Clarificação e filtração (5 mg/L no máximo)
|-
|Matéria orgânica
|Formação de espumas; formação de depósitos que podem entupir os tubos e causar corrosão
|Clarificação, filtração e tratamento químico
|-
! rowspan="7" |'''Sólidos Coloidais'''

'''Dissolvidos'''

'''(D''issolved'''''

'''''Colloidal'''''

'''''Solids'')'''
|Óleos e gorduras
|Formação de espumas e depósitos
|Coagulação e filtração
|-
|Dureza, cálcio e magnésio
|Formação de depósitos (maior resistência à transferência de calor e menor eficiência); pode levar à falha da caldeira
|''Softening'' da água e tratamento interno da caldeira
|-
|Sódio, alcalinidade, NaOH, NaHCO3, Na2CO3
|Formação de espumas; formação de ácido carbónico no vapor, causando corrosão e fragilizando o equipamento
|Desarejamento da água de reposição e do condensado, troca iónica, desionização e tratamento acídico da água de reposição
|-
|Sulfatos
|Formação de depósitos (especialmente na presença de cálcio)
|Desionização
|-
|Clorados (''chlorides'')
|''Priming''; arrastamento da fase líquida pelo vapor baixando a eficiência e causando depósitos de sais; formação de espumas
|Desionização
|-
|Ferro e Manganésio
|Formação de depósitos que aumentam a resistência à transferência de calor
|Arejamento, filtração e troca iónica
|-
|Sílica
|Formação de depósitos
|Desionização, ''lime soda process'', ''hot-lime-zeolite treatment''
|}

Finalmente, existem limites máximos recomendáveis para a presença estes compostos na água para alimentação de caldeiras, de modo a garantir o bom funcionamento do equipamento. A [[Wikipedia:Sociedade dos Engenheiros Mecânicos dos Estados Unidos|Associação Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME)]] publicou uma lista para auxiliar as empresas, podendo-se encontrar alguns dos parâmetros recomendados na Tabela 3.

{| class="wikitable"
|+Tabela 3- Limites recomendados pela ASME para alguns contaminantes presentes na água para diferentes gamas de pressão de operação da caldeira <ref name=":1" />.
!
! colspan="3" |Água de Alimentação da Caldeira
! colspan="3" |'''Fase Aquosa na Caldeira'''
|-
!Pressão no Tambor
(bar)
!Ferro
(mg/L de Fe)
!Cobre
(mg/L de Cu)
!Dureza Total
(mg/L de '''CaCO3''')
!Sílica
(mg/L de '''SiO2''')
!'''Alcalinidade Total'''

'''(mg/L de CaCO3)'''
!'''Condutividade Específica'''

'''(μΩ/cm) (não neutralizada)'''
|-
!'''0 - 20,7'''
|0,100
|0,050
|0,300
|150
|700
|7000
|-
!'''20,8 - 31,0'''
|0,050
|0,025
|0,300
|90
|600
|6000
|-
!'''31,1 - 41,4'''
|0,030
|0,020
|0,200
|40
|500
|5000
|-
!'''41,5 - 51,7'''
|0,025
|0,020
|0,200
|30
|400
|4000
|-
!'''51,8 - 62,1'''
|0,020
|0,015
|0,100
|20
|300
|3000
|-
!'''62,2 - 68,9'''
|0,020
|0,015
|0,050
|8
|200
|2000
|-
!'''69,0 - 103,4'''
|0,010
|0,010
|0,0
|2
|0
|150
|-
!'''103,5 - 137,9'''
|0,010
|0,010
|0,0
|1
|0
|100
|}

Como é possível observar, à medida que a pressão de operação aumenta, a exigência na pureza da água também aumenta. A maioria destes compostos, quando sujeitos a temperaturas elevadas, podem causar acumulação de depósitos, corrosão, [[Wikipedia:Fouling|fouling]] e incrustações, sendo crucial removê-los ou transformá-los para garantir o normal funcionamento do equipamento e prolongar o seu tempo útil de vida. A melhor maneira de o fazer será segundo as recomendações para a qualidade da água do fornecedor da caldeira e consultar um perito desta área de intervenção <ref name=":1" />.

==Referências==
{{reflist}}

[[Categoria:Utilidades industriais]]
<references />

Tratamento de Água da Alimentação de Caldeiras

2019-04-18T12:34:18Z

DiogoLucas:

Trabalho relativo à utilidade '''Água da Alimentação de Caldeiras''' realizado por: Diogo Lucas e Joana Costa, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química.

Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

==Definição e funcionamento==
Atualmente, dos muitos usos da energia na indústria, nos transportes e nas residências, a maior parte da utilização total é direcionada para a produção de [[Wikipedia:Vapor|vapor]] através da oxidação de [[Wikipedia:Combustível fóssil|combustíveis fósseis]]. O tratamento de [[Wikipedia:Água|água]] para a geração de vapor é um dos ramos mais sofisticados da química da água. Uma compreensão, dos fundamentos da química da água da [[Wikipedia:Caldeira|caldeira]], é essencial para o engenheiro de energia que, continuamente, aumenta a eficiência das caldeiras e equipamentos que utilizam vapor <ref name="Kemmer1988">Kemmer, F. (1988). ''The NALCO Water Handbook''. Chapter 39: Boiler Water Treatment. 2ª Edição, Nalco Chemical Company. Nova Iorque.</ref>. As caldeiras são usadas numa vasta gama de aplicações, desde aquecedores de água quente a produção de vapor para turbinas de 1000MW em usinas de energia elétrica. O sistema de controlo vai-se tornando mais complexo à medida que a caldeira aumenta de dimensão <ref name="Metzger1992">Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.
[[Ficheiro:Figura 1- Diagrama de blocos com os inputs e outputs da caldeira.png|centro|miniaturadaimagem|500x500px|Figura 1- Diagrama de blocos com os inputs e outputs da caldeira.]]
Na Figura 1, acima exposta, encontra-se esquematizado um diagrama de blocos em que se verifica que uma caldeira tem um objetivo essencial, que é a produção de vapor a uma [[Wikipedia:Pressão|pressão]] e [[Wikipedia:Temperatura|temperatura]] desejadas para um determinado processo e que, para se alcançar isso, são necessárias três correntes de alimentação básicas: [[Wikipedia:Combustível|combustível]] (carvão, gás natural, óleo combustível ou resíduos sólidos), água e [[Wikipedia:Combustão|gases de combustão]] <ref name="Metzger1992">Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.
O tratamento de água para alimentação de caldeiras industriais foca a remoção ou modificação química de substâncias potencialmente prejudiciais à caldeira <ref name="Kispotta2014">Kispotta, N., Sidar, D., Sen, P., Choudhary, G., Bohidar, S. (2014). Common Boiler Feed Water Treatment in the Industry [Versão eletrónica]. International Journal for Innovative Research in Science & Technology, 1: 59-62. Acedido a 15 de Fevereiro de 2019, em: http://www.ijirst.org/articles/IJIRSTV1I6046.pdf</ref>, devendo ser eficiente, bem projetado e constituído por várias tecnologias individuais, de modo a <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:

*'''Tratar''' eficientemente a água de alimentação da caldeira e '''remover''' impurezas prejudiciais, antes de entrar na caldeira;
*'''Promover''' o controlo da química interna da caldeira;
*'''Maximizar''' o uso de condensado de vapor;
*'''Controlar''' a corrosão da linha de retorno;
*'''Evitar''' o tempo de paragem e a falha da caldeira;
*'''Prolongar''' a vida útil do equipamento.

[[Ficheiro:Esquema de uma caldeira.jpg|miniaturadaimagem|340x340px|Figura 2- Esquema de uma caldeira <ref>Marcepinc (2018). ''Boiler Water Chemistry & Steam Generation System In Power Plant In India'' [Figura]. Acedido a 21 de Fevereiro de 2019, em: <nowiki>https://marcepinc.com/files/67dcf2d1434adb072ee9f83a326075f9.jpg</nowiki></ref>.]]
Assim, irá haver uma garantia, de que o tratamento implementado evite a ocorrência de problemas, como [[Wikipedia:Incrustação|incrustações]] e [[Wikipedia:Corrosão|corrosão]], prevenindo substituições / reparações dispendiosas no futuro <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Os sistemas de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ter tecnologias necessárias para remover sólidos dissolvidos problemáticos, sólidos suspensos e material orgânico, tema que será abordado mais à frente.
Os processos específicos de tratamento variam dependendo das exigências da caldeira e da qualidade / química da água da alimentação e de makeup, mas um sistema típico de tratamento de água da alimentação de caldeiras inclui as seguintes etapas <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:

*Makeup da água;
*Coagulação e [[Wikipedia:Precipitação (química)|precipitação química]];
*[[Wikipedia:Filtração|Filtração]] e [[Wikipedia:Ultrafiltração|ultrafiltração]];
*''[[Wikipedia:Softening|Softening]]'' da troca de iões;
*Dealcalinização;
*[[Wikipedia:Osmose inversa|Osmose inversa]] e [[Wikipedia:Nanofiltração|nanofiltração]];
*[[Wikipedia:Deaeration|Desaeração]] ou [[Wikipedia:Desgaseificação|desgaseificação]];
*Distribuição.

==Custos do sistema==
Os custos de um sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ser complexos de estimar, dependendo de vários fatores, como as várias pressões da caldeira, recomendações do fabricante e química da água de makeup, pois um tratamento inadequado da água pode levar à incrustação e à corrosão da caldeira e do equipamento a jusante. A qualidade da água da alimentação necessária para uma caldeira depende da pressão de operação da mesma em relação à quantidade de água que é processada por dia e com que velocidade, em [[Wikipedia:Galão|Galões Por Minuto (GPM)]], tal como observado na Tabela 1 <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
<center>
{| class="wikitable"
|+Tabela 1- Valor do sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras consoante a pressão utilizada <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
|-
! width="170" |Pressão das caldeiras
! width="400" |Valor ($)
|-
|- align="center"
|'''Baixa (< 600psi)'''
|50M - 100M (100GPM)
100M - 250M (se necessário o ''softener'' ou decalcalinizante)
|- align="center"
|'''Alta (≥ 600psi)'''
|500M - 1mM (100GPM)
1mM - 1.5mM (200GPM)
|}
</center>
De referir que, para determinadas pressões, existe um nível máximo de contaminantes que podem ser introduzidos na caldeira, e à medida que se aumenta a pressão na caldeira, torna-se mais crítico o tratamento completo da água <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Além da pressão, existem outros fatores importantes que poderão influenciar o preço do sistema, devendo a sua seleção ser feita com cuidado: a escolha da fonte de água da alimentação (da cidade, de efluentes tratados ou de poço) poderá minimizar as despesas de capital ([[Wikipedia:CAPEX|CAPEX – ''capital expenditure'']]) e de operação ([[Wikipedia:OPEX|OPEX – ''operational expenditure'']]); o planeamento do projeto e requisitos regulamentares representam 10 - 15% do custo total do projeto; as taxas de instalação que dependem do local onde é implementado o sistema, normalmente, custam 15 - 25% do projeto; o transporte do sistema para a planta que, além de depender da época em que é realizado, também varia consoante a distância da planta em relação à instalação de fabrico, reflete 5 - 10% do custo do projeto. Por exemplo, um sistema básico pode ter válvulas multiportas, tubulações de plástico e vasos de plástico, enquanto um sistema mais robusto requer revestimento de borracha e tubulações de aço inoxidável com ninhos de válvulas industriais. Estes fatores industriais podem aumentar o custo total do sistema em 50 - 100% <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Problemáticas comuns causadas pela água da alimentação==
Apesar de os problemas que surgem serem próprios de cada instalação, alguns deles são, tipicamente, recorrentes. Entre eles destacam-se a produção de lamas, o desenvolvimento de depósitos, a corrosão e a formação de espumas e ''priming'' <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''produção de lamas''' deve-se, essencialmente, à presença de sedimentos ou óleos. Os sólidos podem depositar em áreas com menor fluxo, formando-se uma camada isolante. Isto pode levar ao sobreaquecimento das tubagens e, eventualmente, ruturas. Utilizam-se métodos como a filtração, sedimentação e ''softening'' para lidar com o problema a montante. Caso haja passagem de lamas, é importante remover a camada que se forma nos tubos antes que esta endureça por ação do calor. Em caldeiras de baixa pressão, é possível usar condicionadores de lamas líquidos para que estas sejam removidas na purga <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''formação de depósitos''' resulta, como foi mencionado, da precipitação de impurezas que formam camadas extremamente duras. A melhor forma de lidar com o problema é evitá-lo. A água deve ser previamente submetida a tratamentos como osmose inversa, ''[[Wikipedia:Electrodeionization|electrodeionization]]'' e ''[[Wikipedia:Capacitive deionization|deionization]]'' <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''corrosão''' consiste na degradação do metal que constitui o equipamento, formando-se pontos de ''stress'' e fraturas que podem levar a ruturas. Este fenómeno ocorre preferencialmente nos pontos quentes da caldeira. A corrosão é fomentada pela presença de [[Wikipedia:Oxigénio|oxigénio]], [[Wikipedia:Dióxido de carbono|dióxido de carbono]] e [[Wikipedia:Cloro|cloro]] (em concentrações elevadas). O uso de ''[[Wikipedia:Scavenger (chemistry)|scavengers]]'' de oxigénio e desarejadores é comum para lidar com o problema, sendo também importante controlar o pH da água <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Frequentemente, a '''formação de espumas''' e '''''priming''''' são dois fenómenos que ocorrem simultaneamente. Quando há quantidades elevadas de sólidos dissolvidos na superfície da água, a evaporação leva à formação de bolhas destas impurezas (espuma) que podem ser arrastadas com o vapor (''priming''), causando problemas nos equipamentos a jusante e diminuindo a sua eficiência. Para resolver esta questão deve-se manter uma concentração de sólidos dissolvidos baixa e controlar a alcalinidade e o pH da água. Algumas técnicas frequentemente usadas são a filtração, a troca iónica e ''softening'' <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Alguns contaminantes e possíveis tratamentos==
Os principais objetivos do tratamento da água para alimentação das caldeiras é evitar a formação de espumas e depósitos, ''priming'' e a corrosão. Antes sequer de pensar nos tratamentos que serão feitos à água, é necessário escolher a fonte dessa mesma água que se quer o mais pura possível pelo menor preço, sendo a dicotomia preço / qualidade de extrema importância. Algumas das possíveis fontes são a água da rede, efluentes de ETAR’s, água proveniente de uma torre de refrigeração dentro da planta, lençóis de água subterrâneos e de superfície <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Na Tabela 2, encontra-se uma lista de contaminantes frequentemente encontrados na água e os respetivos tratamentos a usar, a fim de evitar os problemas que causam no equipamento.
{| class="wikitable"
|+Tabela 2- Impurezas frequentemente detetadas na água, respetivos problemas que causam nos equipamentos e como preveni-los <ref name="Lenntech2019">Lenntech (2019). Boiler Feed Water. Acedido a 19 de Fevereiro de 2019, no Web site da: https://www.lenntech.com/applications/process/boiler/boiler-feed-water.htm</ref>.
!
!Impureza
!Problemática
!Tratamentos
|-
! rowspan="3" |'''Gases Solúveis'''
|Ácido sulfídrico
|Corrosivo para a maioria dos metais
|Arejamento, filtração e cloração (c''hlorination'')
|-
|Dióxido de carbono
|Corrosivo; forma ácido carbónico no condensado
|Desarejamento e neutralização com compostos alcalinos
|-
|Oxigénio
|Corrosão localizada (''pitting'') nos tubos da caldeira
|Desarejamento e tratamento químico com sulfito de sódio ou hidrazina
|-
! rowspan="2" |'''Sólidos Suspensos'''
|Turbidez e sedimento
|Arrastamento de lamas e depósitos
|Clarificação e filtração (5 mg/L no máximo)
|-
|Matéria orgânica
|Formação de espumas; formação de depósitos que podem entupir os tubos e causar corrosão
|Clarificação, filtração e tratamento químico
|-
! rowspan="7" |'''Sólidos Coloidais'''

'''Dissolvidos'''

'''(D''issolved'''''

'''''Colloidal'''''

'''''Solids'')'''
|Óleos e gorduras
|Formação de espumas e depósitos
|Coagulação e filtração
|-
|Dureza, cálcio e magnésio
|Formação de depósitos (maior resistência à transferência de calor e menor eficiência); pode levar à falha da caldeira
|''Softening'' da água e tratamento interno da caldeira
|-
|Sódio, alcalinidade, NaOH, NaHCO3, Na2CO3
|Formação de espumas; formação de ácido carbónico no vapor, causando corrosão e fragilizando o equipamento
|Desarejamento da água de reposição e do condensado, troca iónica, desionização e tratamento acídico da água de reposição
|-
|Sulfatos
|Formação de depósitos (especialmente na presença de cálcio)
|Desionização
|-
|Clorados (''chlorides'')
|''Priming''; arrastamento da fase líquida pelo vapor baixando a eficiência e causando depósitos de sais; formação de espumas
|Desionização
|-
|Ferro e Manganésio
|Formação de depósitos que aumentam a resistência à transferência de calor
|Arejamento, filtração e troca iónica
|-
|Sílica
|Formação de depósitos
|Desionização, ''lime soda process'', ''hot-lime-zeolite treatment''
|}

Finalmente, existem limites máximos recomendáveis para a presença estes compostos na água para alimentação de caldeiras, de modo a garantir o bom funcionamento do equipamento. A [[Wikipedia:Sociedade dos Engenheiros Mecânicos dos Estados Unidos|Associação Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME)]] publicou uma lista para auxiliar as empresas, podendo-se encontrar alguns dos parâmetros recomendados na Tabela 3.

{| class="wikitable"
|+Tabela 3- Limites recomendados pela ASME para alguns contaminantes presentes na água para diferentes gamas de pressão de operação da caldeira.
!
! colspan="3" |Água de Alimentação da Caldeira
! colspan="3" |'''Fase Aquosa na Caldeira'''
|-
!Pressão no Tambor
(bar)
!Ferro
(mg/L de Fe)
!Cobre
(mg/L de Cu)
!Dureza Total
(mg/L de '''CaCO3''')
!Sílica
(mg/L de '''SiO2''')
!'''Alcalinidade Total'''

'''(mg/L de CaCO3)'''
!'''Condutividade Específica'''

'''(μΩ/cm) (não neutralizada)'''
|-
!'''0 - 20,7'''
|0,100
|0,050
|0,300
|150
|700
|7000
|-
!'''20,8 - 31,0'''
|0,050
|0,025
|0,300
|90
|600
|6000
|-
!'''31,1 - 41,4'''
|0,030
|0,020
|0,200
|40
|500
|5000
|-
!'''41,5 - 51,7'''
|0,025
|0,020
|0,200
|30
|400
|4000
|-
!'''51,8 - 62,1'''
|0,020
|0,015
|0,100
|20
|300
|3000
|-
!'''62,2 - 68,9'''
|0,020
|0,015
|0,050
|8
|200
|2000
|-
!'''69,0 - 103,4'''
|0,010
|0,010
|0,0
|2
|0
|150
|-
!'''103,5 - 137,9'''
|0,010
|0,010
|0,0
|1
|0
|100
|}

Como é possível observar, à medida que a pressão de operação aumenta, a exigência na pureza da água também aumenta. A maioria destes compostos, quando sujeitos a temperaturas elevadas, podem causar acumulação de depósitos, corrosão, [[Wikipedia:Fouling|fouling]] e incrustações, sendo crucial removê-los ou transformá-los para garantir o normal funcionamento do equipamento e prolongar o seu tempo útil de vida. A melhor maneira de o fazer será segundo as recomendações para a qualidade da água do fornecedor da caldeira e consultar um perito desta área de intervenção <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Referências==
{{reflist}}

[[Categoria:Utilidades industriais]]
<references />

Ficheiro:Esquema de uma caldeira.jpg

2019-04-18T12:20:51Z

DiogoLucas:

Esquema de uma caldeira

Ficheiro:Figura 1- Diagrama de blocos com os inputs e outputs da caldeira.png

2019-04-18T12:16:05Z

DiogoLucas:

Diagrama de blocos

Tratamento de Água da Alimentação de Caldeiras

2019-04-18T12:09:42Z

DiogoLucas:

Trabalho relativo à utilidade '''Água da Alimentação de Caldeiras''' realizado por: Diogo Lucas e Joana Costa, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química.

Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

==Definição e funcionamento==
Atualmente, dos muitos usos da energia na indústria, nos transportes e nas residências, a maior parte da utilização total é direcionada para a produção de [[Wikipedia:Vapor|vapor]] através da oxidação de [[Wikipedia:Combustível fóssil|combustíveis fósseis]]. O tratamento de [[Wikipedia:Água|água]] para a geração de vapor é um dos ramos mais sofisticados da química da água. Uma compreensão, dos fundamentos da química da água da [[Wikipedia:Caldeira|caldeira]], é essencial para o engenheiro de energia que, continuamente, aumenta a eficiência das caldeiras e equipamentos que utilizam vapor <ref name="Kemmer1988">Kemmer, F. (1988). ''The NALCO Water Handbook''. Chapter 39: Boiler Water Treatment. 2ª Edição, Nalco Chemical Company. Nova Iorque.</ref>. As caldeiras são usadas numa vasta gama de aplicações, desde aquecedores de água quente a produção de vapor para turbinas de 1000MW em usinas de energia elétrica. O sistema de controlo vai-se tornando mais complexo à medida que a caldeira aumenta de dimensão <ref name="Metzger1992">Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.

Nas Figuras acima expostas encontram-se esquematizados um diagrama de blocos (Figura 1) e os equipamentos mais relevantes usados numa caldeira (Figura 2). Através da Figura 1 verifica-se que uma caldeira tem um objetivo essencial, que é a produção de vapor a uma [[Wikipedia:Pressão|pressão]] e [[Wikipedia:Temperatura|temperatura]] desejadas para um determinado processo e que, para se alcançar isso, são necessárias três correntes de alimentação básicas: [[Wikipedia:Combustível|combustível]] (carvão, gás natural, óleo combustível ou resíduos sólidos), água e [[Wikipedia:Combustão|gases de combustão]] <ref name="Metzger1992">Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.
O tratamento de água para alimentação de caldeiras industriais foca a remoção ou modificação química de substâncias potencialmente prejudiciais à caldeira <ref name="Kispotta2014">Kispotta, N., Sidar, D., Sen, P., Choudhary, G., Bohidar, S. (2014). Common Boiler Feed Water Treatment in the Industry [Versão eletrónica]. International Journal for Innovative Research in Science & Technology, 1: 59-62. Acedido a 15 de Fevereiro de 2019, em: http://www.ijirst.org/articles/IJIRSTV1I6046.pdf</ref>, devendo ser eficiente, bem projetado e constituído por várias tecnologias individuais, de modo a <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:

*'''Tratar''' eficientemente a água de alimentação da caldeira e '''remover''' impurezas prejudiciais, antes de entrar na caldeira;
*'''Promover''' o controlo da química interna da caldeira;
*'''Maximizar''' o uso de condensado de vapor;
*'''Controlar''' a corrosão da linha de retorno;
*'''Evitar''' o tempo de paragem e a falha da caldeira;
*'''Prolongar''' a vida útil do equipamento.

Assim, irá haver uma garantia, de que o tratamento implementado evite a ocorrência de problemas, como [[Wikipedia:Incrustação|incrustações]] e [[Wikipedia:Corrosão|corrosão]], prevenindo substituições / reparações dispendiosas no futuro <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Os sistemas de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ter tecnologias necessárias para remover sólidos dissolvidos problemáticos, sólidos suspensos e material orgânico, tema que será abordado mais à frente.
Os processos específicos de tratamento variam dependendo das exigências da caldeira e da qualidade / química da água da alimentação e de makeup, mas um sistema típico de tratamento de água da alimentação de caldeiras inclui as seguintes etapas <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:

*Makeup da água;
*Coagulação e [[Wikipedia:Precipitação (química)|precipitação química]];
*[[Wikipedia:Filtração|Filtração]] e [[Wikipedia:Ultrafiltração|ultrafiltração]];
*''[[Wikipedia:Softening|Softening]]'' da troca de iões;
*Dealcalinização;
*[[Wikipedia:Osmose inversa|Osmose inversa]] e [[Wikipedia:Nanofiltração|nanofiltração]];
*[[Wikipedia:Deaeration|Desaeração]] ou [[Wikipedia:Desgaseificação|desgaseificação]];
*Distribuição.

==Custos do sistema==
Os custos de um sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ser complexos de estimar, dependendo de vários fatores, como as várias pressões da caldeira, recomendações do fabricante e química da água de makeup, pois um tratamento inadequado da água pode levar à incrustação e à corrosão da caldeira e do equipamento a jusante. A qualidade da água da alimentação necessária para uma caldeira depende da pressão de operação da mesma em relação à quantidade de água que é processada por dia e com que velocidade, em [[Wikipedia:Galão|Galões Por Minuto (GPM)]], tal como observado na Tabela 1 <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
<center>
{| class="wikitable"
|+Tabela 1- Valor do sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras consoante a pressão utilizada <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
|-
! width="170" |Pressão das caldeiras
! width="400" |Valor ($)
|-
|- align="center"
|'''Baixa (< 600psi)'''
|50M - 100M (100GPM)
100M - 250M (se necessário o ''softener'' ou decalcalinizante)
|- align="center"
|'''Alta (≥ 600psi)'''
|500M - 1mM (100GPM)
1mM - 1.5mM (200GPM)
|}
</center>
De referir que, para determinadas pressões, existe um nível máximo de contaminantes que podem ser introduzidos na caldeira, e à medida que se aumenta a pressão na caldeira, torna-se mais crítico o tratamento completo da água <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Além da pressão, existem outros fatores importantes que poderão influenciar o preço do sistema, devendo a sua seleção ser feita com cuidado: a escolha da fonte de água da alimentação (da cidade, de efluentes tratados ou de poço) poderá minimizar as despesas de capital ([[Wikipedia:CAPEX|CAPEX – ''capital expenditure'']]) e de operação ([[Wikipedia:OPEX|OPEX – ''operational expenditure'']]); o planeamento do projeto e requisitos regulamentares representam 10 - 15% do custo total do projeto; as taxas de instalação que dependem do local onde é implementado o sistema, normalmente, custam 15 - 25% do projeto; o transporte do sistema para a planta que, além de depender da época em que é realizado, também varia consoante a distância da planta em relação à instalação de fabrico, reflete 5 - 10% do custo do projeto. Por exemplo, um sistema básico pode ter válvulas multiportas, tubulações de plástico e vasos de plástico, enquanto um sistema mais robusto requer revestimento de borracha e tubulações de aço inoxidável com ninhos de válvulas industriais. Estes fatores industriais podem aumentar o custo total do sistema em 50 - 100% <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Problemáticas comuns causadas pela água da alimentação==
Apesar de os problemas que surgem serem próprios de cada instalação, alguns deles são, tipicamente, recorrentes. Entre eles destacam-se a produção de lamas, o desenvolvimento de depósitos, a corrosão e a formação de espumas e ''priming'' <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''produção de lamas''' deve-se, essencialmente, à presença de sedimentos ou óleos. Os sólidos podem depositar em áreas com menor fluxo, formando-se uma camada isolante. Isto pode levar ao sobreaquecimento das tubagens e, eventualmente, ruturas. Utilizam-se métodos como a filtração, sedimentação e ''softening'' para lidar com o problema a montante. Caso haja passagem de lamas, é importante remover a camada que se forma nos tubos antes que esta endureça por ação do calor. Em caldeiras de baixa pressão, é possível usar condicionadores de lamas líquidos para que estas sejam removidas na purga <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''formação de depósitos''' resulta, como foi mencionado, da precipitação de impurezas que formam camadas extremamente duras. A melhor forma de lidar com o problema é evitá-lo. A água deve ser previamente submetida a tratamentos como osmose inversa, ''[[Wikipedia:Electrodeionization|electrodeionization]]'' e ''[[Wikipedia:Capacitive deionization|deionization]]'' <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''corrosão''' consiste na degradação do metal que constitui o equipamento, formando-se pontos de ''stress'' e fraturas que podem levar a ruturas. Este fenómeno ocorre preferencialmente nos pontos quentes da caldeira. A corrosão é fomentada pela presença de [[Wikipedia:Oxigénio|oxigénio]], [[Wikipedia:Dióxido de carbono|dióxido de carbono]] e [[Wikipedia:Cloro|cloro]] (em concentrações elevadas). O uso de ''[[Wikipedia:Scavenger (chemistry)|scavengers]]'' de oxigénio e desarejadores é comum para lidar com o problema, sendo também importante controlar o pH da água <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Frequentemente, a '''formação de espumas''' e '''''priming''''' são dois fenómenos que ocorrem simultaneamente. Quando há quantidades elevadas de sólidos dissolvidos na superfície da água, a evaporação leva à formação de bolhas destas impurezas (espuma) que podem ser arrastadas com o vapor (''priming''), causando problemas nos equipamentos a jusante e diminuindo a sua eficiência. Para resolver esta questão deve-se manter uma concentração de sólidos dissolvidos baixa e controlar a alcalinidade e o pH da água. Algumas técnicas frequentemente usadas são a filtração, a troca iónica e ''softening'' <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Alguns contaminantes e possíveis tratamentos==
Os principais objetivos do tratamento da água para alimentação das caldeiras é evitar a formação de espumas e depósitos, ''priming'' e a corrosão. Antes sequer de pensar nos tratamentos que serão feitos à água, é necessário escolher a fonte dessa mesma água que se quer o mais pura possível pelo menor preço, sendo a dicotomia preço / qualidade de extrema importância. Algumas das possíveis fontes são a água da rede, efluentes de ETAR’s, água proveniente de uma torre de refrigeração dentro da planta, lençóis de água subterrâneos e de superfície <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Na Tabela 2, encontra-se uma lista de contaminantes frequentemente encontrados na água e os respetivos tratamentos a usar, a fim de evitar os problemas que causam no equipamento.
{| class="wikitable"
|+Tabela 2- Impurezas frequentemente detetadas na água, respetivos problemas que causam nos equipamentos e como preveni-los <ref name="Lenntech2019">Lenntech (2019). Boiler Feed Water. Acedido a 19 de Fevereiro de 2019, no Web site da: https://www.lenntech.com/applications/process/boiler/boiler-feed-water.htm</ref>.
!
!Impureza
!Problemática
!Tratamentos
|-
! rowspan="3" |'''Gases Solúveis'''
|Ácido sulfídrico
|Corrosivo para a maioria dos metais
|Arejamento, filtração e cloração (c''hlorination'')
|-
|Dióxido de carbono
|Corrosivo; forma ácido carbónico no condensado
|Desarejamento e neutralização com compostos alcalinos
|-
|Oxigénio
|Corrosão localizada (''pitting'') nos tubos da caldeira
|Desarejamento e tratamento químico com sulfito de sódio ou hidrazina
|-
! rowspan="2" |'''Sólidos Suspensos'''
|Turbidez e sedimento
|Arrastamento de lamas e depósitos
|Clarificação e filtração (5 mg/L no máximo)
|-
|Matéria orgânica
|Formação de espumas; formação de depósitos que podem entupir os tubos e causar corrosão
|Clarificação, filtração e tratamento químico
|-
! rowspan="7" |'''Sólidos Coloidais'''

'''Dissolvidos'''

'''(D''issolved'''''

'''''Colloidal'''''

'''''Solids'')'''
|Óleos e gorduras
|Formação de espumas e depósitos
|Coagulação e filtração
|-
|Dureza, cálcio e magnésio
|Formação de depósitos (maior resistência à transferência de calor e menor eficiência); pode levar à falha da caldeira
|''Softening'' da água e tratamento interno da caldeira
|-
|Sódio, alcalinidade, NaOH, NaHCO3, Na2CO3
|Formação de espumas; formação de ácido carbónico no vapor, causando corrosão e fragilizando o equipamento
|Desarejamento da água de reposição e do condensado, troca iónica, desionização e tratamento acídico da água de reposição
|-
|Sulfatos
|Formação de depósitos (especialmente na presença de cálcio)
|Desionização
|-
|Clorados (''chlorides'')
|''Priming''; arrastamento da fase líquida pelo vapor baixando a eficiência e causando depósitos de sais; formação de espumas
|Desionização
|-
|Ferro e Manganésio
|Formação de depósitos que aumentam a resistência à transferência de calor
|Arejamento, filtração e troca iónica
|-
|Sílica
|Formação de depósitos
|Desionização, ''lime soda process'', ''hot-lime-zeolite treatment''
|}

Finalmente, existem limites máximos recomendáveis para a presença estes compostos na água para alimentação de caldeiras, de modo a garantir o bom funcionamento do equipamento. A [[Wikipedia:Sociedade dos Engenheiros Mecânicos dos Estados Unidos|Associação Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME)]] publicou uma lista para auxiliar as empresas, podendo-se encontrar alguns dos parâmetros recomendados na Tabela 3.

{| class="wikitable"
|+Tabela 3- Limites recomendados pela ASME para alguns contaminantes presentes na água para diferentes gamas de pressão de operação da caldeira.
!
! colspan="3" |Água de Alimentação da Caldeira
! colspan="3" |'''Fase Aquosa na Caldeira'''
|-
!Pressão no Tambor
(bar)
!Ferro
(mg/L de Fe)
!Cobre
(mg/L de Cu)
!Dureza Total
(mg/L de '''CaCO3''')
!Sílica
(mg/L de '''SiO2''')
!'''Alcalinidade Total'''

'''(mg/L de CaCO3)'''
!'''Condutividade Específica'''

'''(μΩ/cm) (não neutralizada)'''
|-
!'''0 - 20,7'''
|0,100
|0,050
|0,300
|150
|700
|7000
|-
!'''20,8 - 31,0'''
|0,050
|0,025
|0,300
|90
|600
|6000
|-
!'''31,1 - 41,4'''
|0,030
|0,020
|0,200
|40
|500
|5000
|-
!'''41,5 - 51,7'''
|0,025
|0,020
|0,200
|30
|400
|4000
|-
!'''51,8 - 62,1'''
|0,020
|0,015
|0,100
|20
|300
|3000
|-
!'''62,2 - 68,9'''
|0,020
|0,015
|0,050
|8
|200
|2000
|-
!'''69,0 - 103,4'''
|0,010
|0,010
|0,0
|2
|0
|150
|-
!'''103,5 - 137,9'''
|0,010
|0,010
|0,0
|1
|0
|100
|}

Como é possível observar, à medida que a pressão de operação aumenta, a exigência na pureza da água também aumenta. A maioria destes compostos, quando sujeitos a temperaturas elevadas, podem causar acumulação de depósitos, corrosão, [[Wikipedia:Fouling|fouling]] e incrustações, sendo crucial removê-los ou transformá-los para garantir o normal funcionamento do equipamento e prolongar o seu tempo útil de vida. A melhor maneira de o fazer será segundo as recomendações para a qualidade da água do fornecedor da caldeira e consultar um perito desta área de intervenção <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Referências==
{{reflist}}

[[Categoria:Utilidades industriais]]
<references />

Tratamento de Água da Alimentação de Caldeiras

2019-04-18T12:07:32Z

DiogoLucas:

Trabalho relativo à utilidade '''Água da Alimentação de Caldeiras''' realizado por: Diogo Lucas e Joana Costa, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química.

Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

==Definição e funcionamento==
Atualmente, dos muitos usos da energia na indústria, nos transportes e nas residências, a maior parte da utilização total é direcionada para a produção de [[Wikipedia:Vapor|vapor]] através da oxidação de [[Wikipedia:Combustível fóssil|combustíveis fósseis]]. O tratamento de [[Wikipedia:Água|água]] para a geração de vapor é um dos ramos mais sofisticados da química da água. Uma compreensão, dos fundamentos da química da água da [[Wikipedia:Caldeira|caldeira]], é essencial para o engenheiro de energia que, continuamente, aumenta a eficiência das caldeiras e equipamentos que utilizam vapor <ref name="Kemmer1988">Kemmer, F. (1988). ''The NALCO Water Handbook''. Chapter 39: Boiler Water Treatment. 2ª Edição, Nalco Chemical Company. Nova Iorque.</ref>. As caldeiras são usadas numa vasta gama de aplicações, desde aquecedores de água quente a produção de vapor para turbinas de 1000MW em usinas de energia elétrica. O sistema de controlo vai-se tornando mais complexo à medida que a caldeira aumenta de dimensão <ref name="Metzger1992">Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.

Nas Figuras acima expostas encontram-se esquematizados um diagrama de blocos (Figura 1) e os equipamentos mais relevantes usados numa caldeira (Figura 2). Através da Figura 1 verifica-se que uma caldeira tem um objetivo essencial, que é a produção de vapor a uma [[Wikipedia:Pressão|pressão]] e [[Wikipedia:Temperatura|temperatura]] desejadas para um determinado processo e que, para se alcançar isso, são necessárias três correntes de alimentação básicas: [[Wikipedia:Combustível|combustível]] (carvão, gás natural, óleo combustível ou resíduos sólidos), água e [[Wikipedia:Combustão|gases de combustão]] <ref name="Metzger1992">Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.
O tratamento de água para alimentação de caldeiras industriais foca a remoção ou modificação química de substâncias potencialmente prejudiciais à caldeira <ref name="Kispotta2014">Kispotta, N., Sidar, D., Sen, P., Choudhary, G., Bohidar, S. (2014). Common Boiler Feed Water Treatment in the Industry [Versão eletrónica]. International Journal for Innovative Research in Science & Technology, 1: 59-62. Acedido a 15 de Fevereiro de 2019, em: http://www.ijirst.org/articles/IJIRSTV1I6046.pdf</ref>, devendo ser eficiente, bem projetado e constituído por várias tecnologias individuais, de modo a <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:

*'''Tratar''' eficientemente a água de alimentação da caldeira e '''remover''' impurezas prejudiciais, antes de entrar na caldeira;
*'''Promover''' o controlo da química interna da caldeira;
*'''Maximizar''' o uso de condensado de vapor;
*'''Controlar''' a corrosão da linha de retorno;
*'''Evitar''' o tempo de paragem e a falha da caldeira;
*'''Prolongar''' a vida útil do equipamento.

Assim, irá haver uma garantia, de que o tratamento implementado evite a ocorrência de problemas, como [[Wikipedia:Incrustação|incrustações]] e [[Wikipedia:Corrosão|corrosão]], prevenindo substituições / reparações dispendiosas no futuro <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Os sistemas de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ter tecnologias necessárias para remover sólidos dissolvidos problemáticos, sólidos suspensos e material orgânico, tema que será abordado mais à frente.
Os processos específicos de tratamento variam dependendo das exigências da caldeira e da qualidade / química da água da alimentação e de makeup, mas um sistema típico de tratamento de água da alimentação de caldeiras inclui as seguintes etapas <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:

*Makeup da água;
*Coagulação e [[Wikipedia:Precipitação (química)|precipitação química]];
*[[Wikipedia:Filtração|Filtração]] e [[Wikipedia:Ultrafiltração|ultrafiltração]];
*''[[Wikipedia:Softening|Softening]]'' da troca de iões;
*Dealcalinização;
*[[Wikipedia:Osmose inversa|Osmose inversa]] e [[Wikipedia:Nanofiltração|nanofiltração]];
*[[Wikipedia:Deaeration|Desaeração]] ou [[Wikipedia:Desgaseificação|desgaseificação]];
*Distribuição.

==Custos do sistema==
Os custos de um sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ser complexos de estimar, dependendo de vários fatores, como as várias pressões da caldeira, recomendações do fabricante e química da água de makeup, pois um tratamento inadequado da água pode levar à incrustação e à corrosão da caldeira e do equipamento a jusante. A qualidade da água da alimentação necessária para uma caldeira depende da pressão de operação da mesma em relação à quantidade de água que é processada por dia e com que velocidade, em [[Wikipedia:Galão|Galões Por Minuto (GPM)]], tal como observado na Tabela 1 <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
<center>
{| class="wikitable"
|+Tabela 1- Valor do sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras consoante a pressão utilizada <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
|-
! width="170" |Pressão das caldeiras
! width="400" |Valor ($)
|-
|- align="center"
|'''Baixa (< 600psi)'''
|50M - 100M (100GPM)
100M - 250M (se necessário o ''softener'' ou decalcalinizante)
|- align="center"
|'''Alta (≥ 600psi)'''
|500M - 1mM (100GPM)
1mM - 1.5mM (200GPM)
|}
</center>
De referir que, para determinadas pressões, existe um nível máximo de contaminantes que podem ser introduzidos na caldeira, e à medida que se aumenta a pressão na caldeira, torna-se mais crítico o tratamento completo da água <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Além da pressão, existem outros fatores importantes que poderão influenciar o preço do sistema, devendo a sua seleção ser feita com cuidado: a escolha da fonte de água da alimentação (da cidade, de efluentes tratados ou de poço) poderá minimizar as despesas de capital ([[Wikipedia:CAPEX|CAPEX – ''capital expenditure'']]) e de operação ([[Wikipedia:OPEX|OPEX – ''operational expenditure'']]); o planeamento do projeto e requisitos regulamentares representam 10 - 15% do custo total do projeto; as taxas de instalação que dependem do local onde é implementado o sistema, normalmente, custam 15 - 25% do projeto; o transporte do sistema para a planta que, além de depender da época em que é realizado, também varia consoante a distância da planta em relação à instalação de fabrico, reflete 5 - 10% do custo do projeto. Por exemplo, um sistema básico pode ter válvulas multiportas, tubulações de plástico e vasos de plástico, enquanto um sistema mais robusto requer revestimento de borracha e tubulações de aço inoxidável com ninhos de válvulas industriais. Estes fatores industriais podem aumentar o custo total do sistema em 50 - 100% <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Problemáticas comuns causadas pela água da alimentação==
Apesar de os problemas que surgem serem próprios de cada instalação, alguns deles são, tipicamente, recorrentes. Entre eles destacam-se a produção de lamas, o desenvolvimento de depósitos, a corrosão e a formação de espumas e ''priming'' <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''produção de lamas''' deve-se, essencialmente, à presença de sedimentos ou óleos. Os sólidos podem depositar em áreas com menor fluxo, formando-se uma camada isolante. Isto pode levar ao sobreaquecimento das tubagens e, eventualmente, ruturas. Utilizam-se métodos como a filtração, sedimentação e ''softening'' para lidar com o problema a montante. Caso haja passagem de lamas, é importante remover a camada que se forma nos tubos antes que esta endureça por ação do calor. Em caldeiras de baixa pressão, é possível usar condicionadores de lamas líquidos para que estas sejam removidas na purga <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''formação de depósitos''' resulta, como foi mencionado, da precipitação de impurezas que formam camadas extremamente duras. A melhor forma de lidar com o problema é evitá-lo. A água deve ser previamente submetida a tratamentos como osmose inversa, ''[[Wikipedia:Electrodeionization|electrodeionization]]'' e ''[[Wikipedia:Capacitive deionization|deionization]]'' <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''corrosão''' consiste na degradação do metal que constitui o equipamento, formando-se pontos de ''stress'' e fraturas que podem levar a ruturas. Este fenómeno ocorre preferencialmente nos pontos quentes da caldeira. A corrosão é fomentada pela presença de [[Wikipedia:Oxigénio|oxigénio]], [[Wikipedia:Dióxido de carbono|dióxido de carbono]] e [[Wikipedia:Cloro|cloro]] (em concentrações elevadas). O uso de ''[[Wikipedia:Scavenger (chemistry)|scavengers]]'' de oxigénio e desarejadores é comum para lidar com o problema, sendo também importante controlar o pH da água <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Frequentemente, a '''formação de espumas''' e '''''priming''''' são dois fenómenos que ocorrem simultaneamente. Quando há quantidades elevadas de sólidos dissolvidos na superfície da água, a evaporação leva à formação de bolhas destas impurezas (espuma) que podem ser arrastadas com o vapor (''priming''), causando problemas nos equipamentos a jusante e diminuindo a sua eficiência. Para resolver esta questão deve-se manter uma concentração de sólidos dissolvidos baixa e controlar a alcalinidade e o pH da água. Algumas técnicas frequentemente usadas são a filtração, a troca iónica e ''softening'' <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Alguns contaminantes e possíveis tratamentos==
Os principais objetivos do tratamento da água para alimentação das caldeiras é evitar a formação de espumas e depósitos, ''priming'' e a corrosão. Antes sequer de pensar nos tratamentos que serão feitos à água, é necessário escolher a fonte dessa mesma água que se quer o mais pura possível pelo menor preço, sendo a dicotomia preço / qualidade de extrema importância. Algumas das possíveis fontes são a água da rede, efluentes de ETAR’s, água proveniente de uma torre de refrigeração dentro da planta, lençóis de água subterrâneos e de superfície <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Na Tabela 2, encontra-se uma lista de contaminantes frequentemente encontrados na água e os respetivos tratamentos a usar, a fim de evitar os problemas que causam no equipamento.
 
{| class="wikitable"
|+Tabela 2- Impurezas frequentemente detetadas na água, respetivos problemas que causam nos equipamentos e como preveni-los <ref name="Lenntech2019">Lenntech (2019). Boiler Feed Water. Acedido a 19 de Fevereiro de 2019, no Web site da: https://www.lenntech.com/applications/process/boiler/boiler-feed-water.htm</ref>.
!
!Impureza
!Problemática
!Tratamentos
|-
! rowspan="3" |'''Gases Solúveis'''
|Ácido sulfídrico
|Corrosivo para a maioria dos metais
|Arejamento, filtração e cloração (c''hlorination'')
|-
|Dióxido de carbono
|Corrosivo; forma ácido carbónico no condensado
|Desarejamento e neutralização com compostos alcalinos
|-
|Oxigénio
|Corrosão localizada (''pitting'') nos tubos da caldeira
|Desarejamento e tratamento químico com sulfito de sódio ou hidrazina
|-
! rowspan="2" |'''Sólidos Suspensos'''
|Turbidez e sedimento
|Arrastamento de lamas e depósitos
|Clarificação e filtração (5 mg/L no máximo)
|-
|Matéria orgânica
|Formação de espumas; formação de depósitos que podem entupir os tubos e causar corrosão
|Clarificação, filtração e tratamento químico
|-
! rowspan="7" |'''Sólidos Coloidais'''

'''Dissolvidos'''

'''(D''issolved'''''

'''''Colloidal'''''

'''''Solids'')'''
|Óleos e gorduras
|Formação de espumas e depósitos
|Coagulação e filtração
|-
|Dureza, cálcio e magnésio
|Formação de depósitos (maior resistência à transferência de calor e menor eficiência); pode levar à falha da caldeira
|''Softening'' da água e tratamento interno da caldeira
|-
|Sódio, alcalinidade, NaOH, NaHCO3, Na2CO3
|Formação de espumas; formação de ácido carbónico no vapor, causando corrosão e fragilizando o equipamento
|Desarejamento da água de reposição e do condensado, troca iónica, desionização e tratamento acídico da água de reposição
|-
|Sulfatos
|Formação de depósitos (especialmente na presença de cálcio)
|Desionização
|-
|Clorados (''chlorides'')
|''Priming''; arrastamento da fase líquida pelo vapor baixando a eficiência e causando depósitos de sais; formação de espumas
|Desionização
|-
|Ferro e Manganésio
|Formação de depósitos que aumentam a resistência à transferência de calor
|Arejamento, filtração e troca iónica
|-
|Sílica
|Formação de depósitos
|Desionização, ''lime soda process'', ''hot-lime-zeolite treatment''
|}

Finalmente, existem limites máximos recomendáveis para a presença estes compostos na água para alimentação de caldeiras, de modo a garantir o bom funcionamento do equipamento. A [[Wikipedia:Sociedade dos Engenheiros Mecânicos dos Estados Unidos|Associação Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME)]] publicou uma lista para auxiliar as empresas, podendo-se encontrar alguns dos parâmetros recomendados na Tabela 3.

{| class="wikitable"
|+Tabela 3- Limites recomendados pela ASME para alguns contaminantes presentes na água para diferentes gamas de pressão de operação da caldeira.
!
! colspan="3" |Água de Alimentação da Caldeira
! colspan="3" |'''Fase Aquosa na Caldeira'''
|-
!Pressão no Tambor
(bar)
!Ferro
(mg/L de Fe)
!Cobre
(mg/L de Cu)
!Dureza Total
(mg/L de '''CaCO3''')
!Sílica
(mg/L de '''SiO2''')
!'''Alcalinidade Total'''

'''(mg/L de CaCO3)'''
!'''Condutividade Específica'''

'''(μΩ/cm) (não neutralizada)'''
|-
!'''0 - 20,7'''
|0,100
|0,050
|0,300
|150
|700
|7000
|-
!'''20,8 - 31,0'''
|0,050
|0,025
|0,300
|90
|600
|6000
|-
!'''31,1 - 41,4'''
|0,030
|0,020
|0,200
|40
|500
|5000
|-
!'''41,5 - 51,7'''
|0,025
|0,020
|0,200
|30
|400
|4000
|-
!'''51,8 - 62,1'''
|0,020
|0,015
|0,100
|20
|300
|3000
|-
!'''62,2 - 68,9'''
|0,020
|0,015
|0,050
|8
|200
|2000
|-
!'''69,0 - 103,4'''
|0,010
|0,010
|0,0
|2
|0
|150
|-
!'''103,5 - 137,9'''
|0,010
|0,010
|0,0
|1
|0
|100
|}

Como é possível observar, à medida que a pressão de operação aumenta, a exigência na pureza da água também aumenta. A maioria destes compostos, quando sujeitos a temperaturas elevadas, podem causar acumulação de depósitos, corrosão, [[Wikipedia:Fouling|fouling]] e incrustações, sendo crucial removê-los ou transformá-los para garantir o normal funcionamento do equipamento e prolongar o seu tempo útil de vida. A melhor maneira de o fazer será segundo as recomendações para a qualidade da água do fornecedor da caldeira e consultar um perito desta área de intervenção <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Referências==
{{reflist}}

[[Categoria:Utilidades industriais]]
<references />

Tratamento de Água da Alimentação de Caldeiras

2019-04-18T12:04:22Z

DiogoLucas:

Trabalho relativo à utilidade '''Água da Alimentação de Caldeiras''' realizado por: Diogo Lucas e Joana Costa, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química.

Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

==Definição e funcionamento==
Atualmente, dos muitos usos da energia na indústria, nos transportes e nas residências, a maior parte da utilização total é direcionada para a produção de [[Wikipedia:Vapor|vapor]] através da oxidação de [[Wikipedia:Combustível fóssil|combustíveis fósseis]]. O tratamento de [[Wikipedia:Água|água]] para a geração de vapor é um dos ramos mais sofisticados da química da água. Uma compreensão, dos fundamentos da química da água da [[Wikipedia:Caldeira|caldeira]], é essencial para o engenheiro de energia que, continuamente, aumenta a eficiência das caldeiras e equipamentos que utilizam vapor <ref name="Kemmer1988">Kemmer, F. (1988). ''The NALCO Water Handbook''. Chapter 39: Boiler Water Treatment. 2ª Edição, Nalco Chemical Company. Nova Iorque.</ref>. As caldeiras são usadas numa vasta gama de aplicações, desde aquecedores de água quente a produção de vapor para turbinas de 1000MW em usinas de energia elétrica. O sistema de controlo vai-se tornando mais complexo à medida que a caldeira aumenta de dimensão <ref name="Metzger1992">Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.

Nas Figuras acima expostas encontram-se esquematizados um diagrama de blocos (Figura 1) e os equipamentos mais relevantes usados numa caldeira (Figura 2). Através da Figura 1 verifica-se que uma caldeira tem um objetivo essencial, que é a produção de vapor a uma [[Wikipedia:Pressão|pressão]] e [[Wikipedia:Temperatura|temperatura]] desejadas para um determinado processo e que, para se alcançar isso, são necessárias três correntes de alimentação básicas: [[Wikipedia:Combustível|combustível]] (carvão, gás natural, óleo combustível ou resíduos sólidos), água e [[Wikipedia:Combustão|gases de combustão]] <ref name="Metzger1992">Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.
O tratamento de água para alimentação de caldeiras industriais foca a remoção ou modificação química de substâncias potencialmente prejudiciais à caldeira <ref name="Kispotta2014">Kispotta, N., Sidar, D., Sen, P., Choudhary, G., Bohidar, S. (2014). Common Boiler Feed Water Treatment in the Industry [Versão eletrónica]. International Journal for Innovative Research in Science & Technology, 1: 59-62. Acedido a 15 de Fevereiro de 2019, em: http://www.ijirst.org/articles/IJIRSTV1I6046.pdf</ref>, devendo ser eficiente, bem projetado e constituído por várias tecnologias individuais, de modo a <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:

*'''Tratar''' eficientemente a água de alimentação da caldeira e '''remover''' impurezas prejudiciais, antes de entrar na caldeira;
*'''Promover''' o controlo da química interna da caldeira;
*'''Maximizar''' o uso de condensado de vapor;
*'''Controlar''' a corrosão da linha de retorno;
*'''Evitar''' o tempo de paragem e a falha da caldeira;
*'''Prolongar''' a vida útil do equipamento.

Assim, irá haver uma garantia, de que o tratamento implementado evite a ocorrência de problemas, como [[Wikipedia:Incrustação|incrustações]] e [[Wikipedia:Corrosão|corrosão]], prevenindo substituições / reparações dispendiosas no futuro <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Os sistemas de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ter tecnologias necessárias para remover sólidos dissolvidos problemáticos, sólidos suspensos e material orgânico, tema que será abordado mais à frente.
Os processos específicos de tratamento variam dependendo das exigências da caldeira e da qualidade / química da água da alimentação e de makeup, mas um sistema típico de tratamento de água da alimentação de caldeiras inclui as seguintes etapas <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:

*Makeup da água;
*Coagulação e [[Wikipedia:Precipitação (química)|precipitação química]];
*[[Wikipedia:Filtração|Filtração]] e [[Wikipedia:Ultrafiltração|ultrafiltração]];
*''[[Wikipedia:Softening|Softening]]'' da troca de iões;
*Dealcalinização;
*[[Wikipedia:Osmose inversa|Osmose inversa]] e [[Wikipedia:Nanofiltração|nanofiltração]];
*[[Wikipedia:Deaeration|Desaeração]] ou [[Wikipedia:Desgaseificação|desgaseificação]];
*Distribuição.

==Custos do sistema==
Os custos de um sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ser complexos de estimar, dependendo de vários fatores, como as várias pressões da caldeira, recomendações do fabricante e química da água de makeup, pois um tratamento inadequado da água pode levar à incrustação e à corrosão da caldeira e do equipamento a jusante. A qualidade da água da alimentação necessária para uma caldeira depende da pressão de operação da mesma em relação à quantidade de água que é processada por dia e com que velocidade, em [[Wikipedia:Galão|Galões Por Minuto (GPM)]], tal como observado na Tabela 1 <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
<center>
{| class="wikitable"
|+Tabela 1- Valor do sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras consoante a pressão utilizada <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
|-
! width="170" |Pressão das caldeiras
! width="400" |Valor ($)
|-
|- align="center"
|'''Baixa (< 600psi)'''
|50M - 100M (100GPM)
100M - 250M (se necessário o ''softener'' ou decalcalinizante)
|- align="center"
|'''Alta (≥ 600psi)'''
|500M - 1mM (100GPM)
1mM - 1.5mM (200GPM)
|}
</center>
De referir que, para determinadas pressões, existe um nível máximo de contaminantes que podem ser introduzidos na caldeira, e à medida que se aumenta a pressão na caldeira, torna-se mais crítico o tratamento completo da água <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Além da pressão, existem outros fatores importantes que poderão influenciar o preço do sistema, devendo a sua seleção ser feita com cuidado: a escolha da fonte de água da alimentação (da cidade, de efluentes tratados ou de poço) poderá minimizar as despesas de capital ([[Wikipedia:CAPEX|CAPEX – ''capital expenditure'']]) e de operação ([[Wikipedia:OPEX|OPEX – ''operational expenditure'']]); o planeamento do projeto e requisitos regulamentares representam 10 - 15% do custo total do projeto; as taxas de instalação que dependem do local onde é implementado o sistema, normalmente, custam 15 - 25% do projeto; o transporte do sistema para a planta que, além de depender da época em que é realizado, também varia consoante a distância da planta em relação à instalação de fabrico, reflete 5 - 10% do custo do projeto. Por exemplo, um sistema básico pode ter válvulas multiportas, tubulações de plástico e vasos de plástico, enquanto um sistema mais robusto requer revestimento de borracha e tubulações de aço inoxidável com ninhos de válvulas industriais. Estes fatores industriais podem aumentar o custo total do sistema em 50 - 100% <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Problemáticas comuns causadas pela água da alimentação==
Apesar de os problemas que surgem serem próprios de cada instalação, alguns deles são, tipicamente, recorrentes. Entre eles destacam-se a produção de lamas, o desenvolvimento de depósitos, a corrosão e a formação de espumas e ''priming'' <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''produção de lamas''' deve-se, essencialmente, à presença de sedimentos ou óleos. Os sólidos podem depositar em áreas com menor fluxo, formando-se uma camada isolante. Isto pode levar ao sobreaquecimento das tubagens e, eventualmente, ruturas. Utilizam-se métodos como a filtração, sedimentação e ''softening'' para lidar com o problema a montante. Caso haja passagem de lamas, é importante remover a camada que se forma nos tubos antes que esta endureça por ação do calor. Em caldeiras de baixa pressão, é possível usar condicionadores de lamas líquidos para que estas sejam removidas na purga <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''formação de depósitos''' resulta, como foi mencionado, da precipitação de impurezas que formam camadas extremamente duras. A melhor forma de lidar com o problema é evitá-lo. A água deve ser previamente submetida a tratamentos como osmose inversa, ''[[Wikipedia:Electrodeionization|electrodeionization]]'' e ''[[Wikipedia:Capacitive deionization|deionization]]'' <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''corrosão''' consiste na degradação do metal que constitui o equipamento, formando-se pontos de ''stress'' e fraturas que podem levar a ruturas. Este fenómeno ocorre preferencialmente nos pontos quentes da caldeira. A corrosão é fomentada pela presença de [[Wikipedia:Oxigénio|oxigénio]], [[Wikipedia:Dióxido de carbono|dióxido de carbono]] e [[Wikipedia:Cloro|cloro]] (em concentrações elevadas). O uso de ''[[Wikipedia:Scavenger (chemistry)|scavengers]]'' de oxigénio e desarejadores é comum para lidar com o problema, sendo também importante controlar o pH da água <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Frequentemente, a '''formação de espumas''' e '''''priming''''' são dois fenómenos que ocorrem simultaneamente. Quando há quantidades elevadas de sólidos dissolvidos na superfície da água, a evaporação leva à formação de bolhas destas impurezas (espuma) que podem ser arrastadas com o vapor (''priming''), causando problemas nos equipamentos a jusante e diminuindo a sua eficiência. Para resolver esta questão deve-se manter uma concentração de sólidos dissolvidos baixa e controlar a alcalinidade e o pH da água. Algumas técnicas frequentemente usadas são a filtração, a troca iónica e ''softening'' <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Alguns contaminantes e possíveis tratamentos==
Os principais objetivos do tratamento da água para alimentação das caldeiras é evitar a formação de espumas e depósitos, ''priming'' e a corrosão. Antes sequer de pensar nos tratamentos que serão feitos à água, é necessário escolher a fonte dessa mesma água que se quer o mais pura possível pelo menor preço, sendo a dicotomia preço / qualidade de extrema importância. Algumas das possíveis fontes são a água da rede, efluentes de ETAR’s, água proveniente de uma torre de refrigeração dentro da planta, lençóis de água subterrâneos e de superfície <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Na Tabela 2, encontra-se uma lista de contaminantes frequentemente encontrados na água e os respetivos tratamentos a usar, a fim de evitar os problemas que causam no equipamento.
 
{| class="wikitable"
|+Tabela 2- Impurezas frequentemente detetadas na água, respetivos problemas que causam nos equipamentos e como preveni-los <ref name="Lenntech2019">Lenntech (2019). Boiler Feed Water. Acedido a 19 de Fevereiro de 2019, no Web site da: https://www.lenntech.com/applications/process/boiler/boiler-feed-water.htm</ref>.
!
!Impureza
!Problemática
!Tratamentos
|-
! rowspan="3" |'''Gases Solúveis'''
|Ácido sulfídrico
|Corrosivo para a maioria dos metais
|Arejamento, filtração e cloração (c''hlorination'')
|-
|Dióxido de carbono
|Corrosivo; forma ácido carbónico no condensado
|Desarejamento e neutralização com compostos alcalinos
|-
|Oxigénio
|Corrosão localizada (''pitting'') nos tubos da caldeira
|Desarejamento e tratamento químico com sulfito de sódio ou hidrazina
|-
! rowspan="2" |'''Sólidos Suspensos'''
|Turbidez e sedimento
|Arrastamento de lamas e depósitos
|Clarificação e filtração (5 mg/L no máximo)
|-
|Matéria orgânica
|Formação de espumas; formação de depósitos que podem entupir os tubos e causar corrosão
|Clarificação, filtração e tratamento químico
|-
! rowspan="7" |'''Sólidos Coloidais'''

'''Dissolvidos'''

'''(D''issolved'''''

'''''Colloidal'''''

'''''Solids'')'''
|Óleos e gorduras
|Formação de espumas e depósitos
|Coagulação e filtração
|-
|Dureza, cálcio e magnésio
|Formação de depósitos (maior resistência à transferência de calor e menor eficiência); pode levar à falha da caldeira
|''Softening'' da água e tratamento interno da caldeira
|-
|Sódio, alcalinidade, NaOH, NaHCO3, Na2CO3
|Formação de espumas; formação de ácido carbónico no vapor, causando corrosão e fragilizando o equipamento
|Desarejamento da água de reposição e do condensado, troca iónica, desionização e tratamento acídico da água de reposição
|-
|Sulfatos
|Formação de depósitos (especialmente na presença de cálcio)
|Desionização
|-
|Clorados (''chlorides'')
|''Priming''; arrastamento da fase líquida pelo vapor baixando a eficiência e causando depósitos de sais; formação de espumas
|Desionização
|-
|Ferro e Manganésio
|Formação de depósitos que aumentam a resistência à transferência de calor
|Arejamento, filtração e troca iónica
|-
|Sílica
|Formação de depósitos
|Desionização, ''lime soda process'', ''hot-lime-zeolite treatment''
|}
Finalmente, existem limites máximos recomendáveis para a presença estes compostos na água para alimentação de caldeiras, de modo a garantir o bom funcionamento do equipamento. A [[Wikipedia:Sociedade dos Engenheiros Mecânicos dos Estados Unidos|Associação Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME)]] publicou uma lista para auxiliar as empresas, podendo-se encontrar alguns dos parâmetros recomendados na Tabela 3.

{| class="wikitable"
|+Tabela 3- Limites recomendados pela ASME para alguns contaminantes presentes na água para diferentes gamas de pressão de operação da caldeira.
!
! colspan="3" |Água de Alimentação da Caldeira
! colspan="3" |'''Fase Aquosa na Caldeira'''
|-
!Pressão no Tambor
(bar)
!Ferro
(mg/L de Fe)
!Cobre
(mg/L de Cu)
!Dureza Total
(mg/L de '''CaCO3''')
!Sílica
(mg/L de '''SiO2''')
!'''Alcalinidade Total'''

'''(mg/L de CaCO3)'''
!'''Condutividade Específica'''

'''(μΩ/cm) (não neutralizada)'''
|-
!'''0 - 20,7'''
|0,100
|0,050
|0,300
|150
|700
|7000
|-
!'''20,8 - 31,0'''
|0,050
|0,025
|0,300
|90
|600
|6000
|-
!'''31,1 - 41,4'''
|0,030
|0,020
|0,200
|40
|500
|5000
|-
!'''41,5 - 51,7'''
|0,025
|0,020
|0,200
|30
|400
|4000
|-
!'''51,8 - 62,1'''
|0,020
|0,015
|0,100
|20
|300
|3000
|-
!'''62,2 - 68,9'''
|0,020
|0,015
|0,050
|8
|200
|2000
|-
!'''69,0 - 103,4'''
|0,010
|0,010
|0,0
|2
|0
|150
|-
!'''103,5 - 137,9'''
|0,010
|0,010
|0,0
|1
|0
|100
|}
Como é possível observar, à medida que a pressão de operação aumenta, a exigência na pureza da água também aumenta. A maioria destes compostos, quando sujeitos a temperaturas elevadas, podem causar acumulação de depósitos, corrosão, [[Wikipedia:Fouling|fouling]] e incrustações, sendo crucial removê-los ou transformá-los para garantir o normal funcionamento do equipamento e prolongar o seu tempo útil de vida. A melhor maneira de o fazer será segundo as recomendações para a qualidade da água do fornecedor da caldeira e consultar um perito desta área de intervenção <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Referências==
{{reflist}}

[[Categoria:Utilidades industriais]]
<references />

Tratamento de Água da Alimentação de Caldeiras

2019-04-18T12:02:01Z

DiogoLucas:

Trabalho relativo à utilidade '''Água da Alimentação de Caldeiras''' realizado por: Diogo Lucas e Joana Costa, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química.

Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

==Definição e funcionamento==
Atualmente, dos muitos usos da energia na indústria, nos transportes e nas residências, a maior parte da utilização total é direcionada para a produção de [[Wikipedia:Vapor|vapor]] através da oxidação de [[Wikipedia:Combustível fóssil|combustíveis fósseis]]. O tratamento de [[Wikipedia:Água|água]] para a geração de vapor é um dos ramos mais sofisticados da química da água. Uma compreensão, dos fundamentos da química da água da [[Wikipedia:Caldeira|caldeira]], é essencial para o engenheiro de energia que, continuamente, aumenta a eficiência das caldeiras e equipamentos que utilizam vapor <ref name="Kemmer1988">Kemmer, F. (1988). ''The NALCO Water Handbook''. Chapter 39: Boiler Water Treatment. 2ª Edição, Nalco Chemical Company. Nova Iorque.</ref>. As caldeiras são usadas numa vasta gama de aplicações, desde aquecedores de água quente a produção de vapor para turbinas de 1000MW em usinas de energia elétrica. O sistema de controlo vai-se tornando mais complexo à medida que a caldeira aumenta de dimensão <ref name="Metzger1992">Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.

Nas Figuras acima expostas encontram-se esquematizados um diagrama de blocos (Figura 1) e os equipamentos mais relevantes usados numa caldeira (Figura 2). Através da Figura 1 verifica-se que uma caldeira tem um objetivo essencial, que é a produção de vapor a uma [[Wikipedia:Pressão|pressão]] e [[Wikipedia:Temperatura|temperatura]] desejadas para um determinado processo e que, para se alcançar isso, são necessárias três correntes de alimentação básicas: [[Wikipedia:Combustível|combustível]] (carvão, gás natural, óleo combustível ou resíduos sólidos), água e [[Wikipedia:Combustão|gases de combustão]] <ref name="Metzger1992">Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.
O tratamento de água para alimentação de caldeiras industriais foca a remoção ou modificação química de substâncias potencialmente prejudiciais à caldeira <ref name="Kispotta2014">Kispotta, N., Sidar, D., Sen, P., Choudhary, G., Bohidar, S. (2014). Common Boiler Feed Water Treatment in the Industry [Versão eletrónica]. International Journal for Innovative Research in Science & Technology, 1: 59-62. Acedido a 15 de Fevereiro de 2019, em: http://www.ijirst.org/articles/IJIRSTV1I6046.pdf</ref>, devendo ser eficiente, bem projetado e constituído por várias tecnologias individuais, de modo a <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:

*'''Tratar''' eficientemente a água de alimentação da caldeira e '''remover''' impurezas prejudiciais, antes de entrar na caldeira;
*'''Promover''' o controlo da química interna da caldeira;
*'''Maximizar''' o uso de condensado de vapor;
*'''Controlar''' a corrosão da linha de retorno;
*'''Evitar''' o tempo de paragem e a falha da caldeira;
*'''Prolongar''' a vida útil do equipamento.

Assim, irá haver uma garantia, de que o tratamento implementado evite a ocorrência de problemas, como [[Wikipedia:Incrustação|incrustações]] e [[Wikipedia:Corrosão|corrosão]], prevenindo substituições / reparações dispendiosas no futuro <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Os sistemas de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ter tecnologias necessárias para remover sólidos dissolvidos problemáticos, sólidos suspensos e material orgânico, tema que será abordado mais à frente.
Os processos específicos de tratamento variam dependendo das exigências da caldeira e da qualidade / química da água da alimentação e de makeup, mas um sistema típico de tratamento de água da alimentação de caldeiras inclui as seguintes etapas <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:

*Makeup da água;
*Coagulação e [[Wikipedia:Precipitação (química)|precipitação química]];
*[[Wikipedia:Filtração|Filtração]] e [[Wikipedia:Ultrafiltração|ultrafiltração]];
*''[[Wikipedia:Softening|Softening]]'' da troca de iões;
*Dealcalinização;
*[[Wikipedia:Osmose inversa|Osmose inversa]] e [[Wikipedia:Nanofiltração|nanofiltração]];
*[[Wikipedia:Deaeration|Desaeração]] ou [[Wikipedia:Desgaseificação|desgaseificação]];
*Distribuição.

==Custos do sistema==
Os custos de um sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ser complexos de estimar, dependendo de vários fatores, como as várias pressões da caldeira, recomendações do fabricante e química da água de makeup, pois um tratamento inadequado da água pode levar à incrustação e à corrosão da caldeira e do equipamento a jusante. A qualidade da água da alimentação necessária para uma caldeira depende da pressão de operação da mesma em relação à quantidade de água que é processada por dia e com que velocidade, em [[Wikipedia:Galão|Galões Por Minuto (GPM)]], tal como observado na Tabela 1 <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
<center>
{| class="wikitable"
|+Tabela 1- Valor do sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras consoante a pressão utilizada <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
|-
! width="170" |Pressão das caldeiras
! width="400" |Valor ($)
|-
|- align="center"
|'''Baixa (< 600psi)'''
|50M - 100M (100GPM)
100M - 250M (se necessário o ''softener'' ou decalcalinizante)
|- align="center"
|'''Alta (≥ 600psi)'''
|500M - 1mM (100GPM)
1mM - 1.5mM (200GPM)
|}
</center>
De referir que, para determinadas pressões, existe um nível máximo de contaminantes que podem ser introduzidos na caldeira, e à medida que se aumenta a pressão na caldeira, torna-se mais crítico o tratamento completo da água <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Além da pressão, existem outros fatores importantes que poderão influenciar o preço do sistema, devendo a sua seleção ser feita com cuidado: a escolha da fonte de água da alimentação (da cidade, de efluentes tratados ou de poço) poderá minimizar as despesas de capital ([[Wikipedia:CAPEX|CAPEX – ''capital expenditure'']]) e de operação ([[Wikipedia:OPEX|OPEX – ''operational expenditure'']]); o planeamento do projeto e requisitos regulamentares representam 10 - 15% do custo total do projeto; as taxas de instalação que dependem do local onde é implementado o sistema, normalmente, custam 15 - 25% do projeto; o transporte do sistema para a planta que, além de depender da época em que é realizado, também varia consoante a distância da planta em relação à instalação de fabrico, reflete 5 - 10% do custo do projeto. Por exemplo, um sistema básico pode ter válvulas multiportas, tubulações de plástico e vasos de plástico, enquanto um sistema mais robusto requer revestimento de borracha e tubulações de aço inoxidável com ninhos de válvulas industriais. Estes fatores industriais podem aumentar o custo total do sistema em 50 - 100% <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Problemáticas comuns causadas pela água da alimentação==
Apesar de os problemas que surgem serem próprios de cada instalação, alguns deles são, tipicamente, recorrentes. Entre eles destacam-se a produção de lamas, o desenvolvimento de depósitos, a corrosão e a formação de espumas e ''priming'' <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''produção de lamas''' deve-se, essencialmente, à presença de sedimentos ou óleos. Os sólidos podem depositar em áreas com menor fluxo, formando-se uma camada isolante. Isto pode levar ao sobreaquecimento das tubagens e, eventualmente, ruturas. Utilizam-se métodos como a filtração, sedimentação e ''softening'' para lidar com o problema a montante. Caso haja passagem de lamas, é importante remover a camada que se forma nos tubos antes que esta endureça por ação do calor. Em caldeiras de baixa pressão, é possível usar condicionadores de lamas líquidos para que estas sejam removidas na purga <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''formação de depósitos''' resulta, como foi mencionado, da precipitação de impurezas que formam camadas extremamente duras. A melhor forma de lidar com o problema é evitá-lo. A água deve ser previamente submetida a tratamentos como osmose inversa, ''[[Wikipedia:Electrodeionization|electrodeionization]]'' e ''[[Wikipedia:Capacitive deionization|deionization]]'' <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''corrosão''' consiste na degradação do metal que constitui o equipamento, formando-se pontos de ''stress'' e fraturas que podem levar a ruturas. Este fenómeno ocorre preferencialmente nos pontos quentes da caldeira. A corrosão é fomentada pela presença de [[Wikipedia:Oxigénio|oxigénio]], [[Wikipedia:Dióxido de carbono|dióxido de carbono]] e [[Wikipedia:Cloro|cloro]] (em concentrações elevadas). O uso de ''[[Wikipedia:Scavenger (chemistry)|scavengers]]'' de oxigénio e desarejadores é comum para lidar com o problema, sendo também importante controlar o pH da água <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Frequentemente, a '''formação de espumas''' e '''''priming''''' são dois fenómenos que ocorrem simultaneamente. Quando há quantidades elevadas de sólidos dissolvidos na superfície da água, a evaporação leva à formação de bolhas destas impurezas (espuma) que podem ser arrastadas com o vapor (''priming''), causando problemas nos equipamentos a jusante e diminuindo a sua eficiência. Para resolver esta questão deve-se manter uma concentração de sólidos dissolvidos baixa e controlar a alcalinidade e o pH da água. Algumas técnicas frequentemente usadas são a filtração, a troca iónica e ''softening'' <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Alguns contaminantes e possíveis tratamentos==
Os principais objetivos do tratamento da água para alimentação das caldeiras é evitar a formação de espumas e depósitos, ''priming'' e a corrosão. Antes sequer de pensar nos tratamentos que serão feitos à água, é necessário escolher a fonte dessa mesma água que se quer o mais pura possível pelo menor preço, sendo a dicotomia preço / qualidade de extrema importância. Algumas das possíveis fontes são a água da rede, efluentes de ETAR’s, água proveniente de uma torre de refrigeração dentro da planta, lençóis de água subterrâneos e de superfície <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Na Tabela 2, encontra-se uma lista de contaminantes frequentemente encontrados na água e os respetivos tratamentos a usar, a fim de evitar os problemas que causam no equipamento.
 
{| class="wikitable"
|+Tabela 2- Impurezas frequentemente detetadas na água, respetivos problemas que causam nos equipamentos e como preveni-los <ref name="Lenntech2019">Lenntech (2019). Boiler Feed Water. Acedido a 19 de Fevereiro de 2019, no Web site da: https://www.lenntech.com/applications/process/boiler/boiler-feed-water.htm</ref>.
!
!Impureza
!Problemática
!Tratamentos
|-
| rowspan="3" |'''Gases Solúveis'''
|Ácido sulfídrico
|Corrosivo para a maioria dos metais
|Arejamento, filtração e cloração (c''hlorination'')
|-
|Dióxido de carbono
|Corrosivo; forma ácido carbónico no condensado
|Desarejamento e neutralização com compostos alcalinos
|-
|Oxigénio
|Corrosão localizada (''pitting'') nos tubos da caldeira
|Desarejamento e tratamento químico com sulfito de sódio ou hidrazina
|-
| rowspan="2" |'''Sólidos Suspensos'''
|Turbidez e sedimento
|Arrastamento de lamas e depósitos
|Clarificação e filtração (5 mg/L no máximo)
|-
|Matéria orgânica
|Formação de espumas; formação de depósitos que podem entupir os tubos e causar corrosão
|Clarificação, filtração e tratamento químico
|-
| rowspan="7" |'''Sólidos Coloidais'''

'''Dissolvidos'''

'''(D''issolved'''''

'''''Colloidal'''''

'''''Solids'')'''
|Óleos e gorduras
|Formação de espumas e depósitos
|Coagulação e filtração
|-
|Dureza, cálcio e magnésio
|Formação de depósitos (maior resistência à transferência de calor e menor eficiência); pode levar à falha da caldeira
|''Softening'' da água e tratamento interno da caldeira
|-
|Sódio, alcalinidade, NaOH, NaHCO3, Na2CO3
|Formação de espumas; formação de ácido carbónico no vapor, causando corrosão e fragilizando o equipamento
|Desarejamento da água de reposição e do condensado, troca iónica, desionização e tratamento acídico da água de reposição
|-
|Sulfatos
|Formação de depósitos (especialmente na presença de cálcio)
|Desionização
|-
|Clorados (''chlorides'')
|''Priming''; arrastamento da fase líquida pelo vapor baixando a eficiência e causando depósitos de sais; formação de espumas
|Desionização
|-
|Ferro e Manganésio
|Formação de depósitos que aumentam a resistência à transferência de calor
|Arejamento, filtração e troca iónica
|-
|Sílica
|Formação de depósitos
|Desionização, ''lime soda process'', ''hot-lime-zeolite treatment''
|}
Finalmente, existem limites máximos recomendáveis para a presença estes compostos na água para alimentação de caldeiras, de modo a garantir o bom funcionamento do equipamento. A [[Wikipedia:Sociedade dos Engenheiros Mecânicos dos Estados Unidos|Associação Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME)]] publicou uma lista para auxiliar as empresas, podendo-se encontrar alguns dos parâmetros recomendados na Tabela 3.
 <nowiki><center></nowiki>
{| class="wikitable"
|+Tabela 3- Limites recomendados pela ASME para alguns contaminantes presentes na água para diferentes gamas de pressão de operação da caldeira.
!
! colspan="3" |Água de Alimentação da Caldeira
! colspan="3" |'''Fase Aquosa na Caldeira'''
|-
!Pressão no Tambor
(bar)
!Ferro
(mg/L de Fe)
!Cobre
(mg/L de Cu)
!Dureza Total
(mg/L de '''CaCO3''')
!Sílica
(mg/L de '''SiO2''')
!'''Alcalinidade Total'''

'''(mg/L de CaCO3)'''
!'''Condutividade Específica'''

'''(μΩ/cm) (não neutralizada)'''
|-
|'''0 - 20,7'''
|0,100
|0,050
|0,300
|150
|700
|7000
|-
|'''20,8 - 31,0'''
|0,050
|0,025
|0,300
|90
|600
|6000
|-
|'''31,1 - 41,4'''
|0,030
|0,020
|0,200
|40
|500
|5000
|-
|'''41,5 - 51,7'''
|0,025
|0,020
|0,200
|30
|400
|4000
|-
|'''51,8 - 62,1'''
|0,020
|0,015
|0,100
|20
|300
|3000
|-
|'''62,2 - 68,9'''
|0,020
|0,015
|0,050
|8
|200
|2000
|-
|'''69,0 - 103,4'''
|0,010
|0,010
|0,0
|2
|0
|150
|-
|'''103,5 - 137,9'''
|0,010
|0,010
|0,0
|1
|0
|100
|}
<nowiki></center></nowiki>

Como é possível observar, à medida que a pressão de operação aumenta, a exigência na pureza da água também aumenta. A maioria destes compostos, quando sujeitos a temperaturas elevadas, podem causar acumulação de depósitos, corrosão, [[Wikipedia:Fouling|fouling]] e incrustações, sendo crucial removê-los ou transformá-los para garantir o normal funcionamento do equipamento e prolongar o seu tempo útil de vida. A melhor maneira de o fazer será segundo as recomendações para a qualidade da água do fornecedor da caldeira e consultar um perito desta área de intervenção <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Referências==
{{reflist}}

[[Categoria:Utilidades industriais]]
<references />

Tratamento de Água da Alimentação de Caldeiras

2019-04-18T11:50:56Z

DiogoLucas:

Trabalho relativo à utilidade '''Água da Alimentação de Caldeiras''' realizado por: Diogo Lucas e Joana Costa, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química.

Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

==Definição e funcionamento==
Atualmente, dos muitos usos da energia na indústria, nos transportes e nas residências, a maior parte da utilização total é direcionada para a produção de [[Wikipedia:Vapor|vapor]] através da oxidação de [[Wikipedia:Combustível fóssil|combustíveis fósseis]]. O tratamento de [[Wikipedia:Água|água]] para a geração de vapor é um dos ramos mais sofisticados da química da água. Uma compreensão, dos fundamentos da química da água da [[Wikipedia:Caldeira|caldeira]], é essencial para o engenheiro de energia que, continuamente, aumenta a eficiência das caldeiras e equipamentos que utilizam vapor <ref name="Kemmer1988">Kemmer, F. (1988). ''The NALCO Water Handbook''. Chapter 39: Boiler Water Treatment. 2ª Edição, Nalco Chemical Company. Nova Iorque.</ref>. As caldeiras são usadas numa vasta gama de aplicações, desde aquecedores de água quente a produção de vapor para turbinas de 1000MW em usinas de energia elétrica. O sistema de controlo vai-se tornando mais complexo à medida que a caldeira aumenta de dimensão <ref name="Metzger1992">Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.

Nas Figuras acima expostas encontram-se esquematizados um diagrama de blocos (Figura 1) e os equipamentos mais relevantes usados numa caldeira (Figura 2). Através da Figura 1 verifica-se que uma caldeira tem um objetivo essencial, que é a produção de vapor a uma [[Wikipedia:Pressão|pressão]] e [[Wikipedia:Temperatura|temperatura]] desejadas para um determinado processo e que, para se alcançar isso, são necessárias três correntes de alimentação básicas: [[Wikipedia:Combustível|combustível]] (carvão, gás natural, óleo combustível ou resíduos sólidos), água e [[Wikipedia:Combustão|gases de combustão]] <ref name="Metzger1992">Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.
O tratamento de água para alimentação de caldeiras industriais foca a remoção ou modificação química de substâncias potencialmente prejudiciais à caldeira <ref name="Kispotta2014">Kispotta, N., Sidar, D., Sen, P., Choudhary, G., Bohidar, S. (2014). Common Boiler Feed Water Treatment in the Industry [Versão eletrónica]. International Journal for Innovative Research in Science & Technology, 1: 59-62. Acedido a 15 de Fevereiro de 2019, em: http://www.ijirst.org/articles/IJIRSTV1I6046.pdf</ref>, devendo ser eficiente, bem projetado e constituído por várias tecnologias individuais, de modo a <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:

*'''Tratar''' eficientemente a água de alimentação da caldeira e '''remover''' impurezas prejudiciais, antes de entrar na caldeira;
*'''Promover''' o controlo da química interna da caldeira;
*'''Maximizar''' o uso de condensado de vapor;
*'''Controlar''' a corrosão da linha de retorno;
*'''Evitar''' o tempo de paragem e a falha da caldeira;
*'''Prolongar''' a vida útil do equipamento.

Assim, irá haver uma garantia, de que o tratamento implementado evite a ocorrência de problemas, como [[Wikipedia:Incrustação|incrustações]] e [[Wikipedia:Corrosão|corrosão]], prevenindo substituições / reparações dispendiosas no futuro <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Os sistemas de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ter tecnologias necessárias para remover sólidos dissolvidos problemáticos, sólidos suspensos e material orgânico, tema que será abordado mais à frente.
Os processos específicos de tratamento variam dependendo das exigências da caldeira e da qualidade / química da água da alimentação e de makeup, mas um sistema típico de tratamento de água da alimentação de caldeiras inclui as seguintes etapas <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:

*Makeup da água;
*Coagulação e [[Wikipedia:Precipitação (química)|precipitação química]];
*[[Wikipedia:Filtração|Filtração]] e [[Wikipedia:Ultrafiltração|ultrafiltração]];
*''[[Wikipedia:Softening|Softening]]'' da troca de iões;
*Dealcalinização;
*[[Wikipedia:Osmose inversa|Osmose inversa]] e [[Wikipedia:Nanofiltração|nanofiltração]];
*[[Wikipedia:Deaeration|Desaeração]] ou [[Wikipedia:Desgaseificação|desgaseificação]];
*Distribuição.

==Custos do sistema==
Os custos de um sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ser complexos de estimar, dependendo de vários fatores, como as várias pressões da caldeira, recomendações do fabricante e química da água de makeup, pois um tratamento inadequado da água pode levar à incrustação e à corrosão da caldeira e do equipamento a jusante. A qualidade da água da alimentação necessária para uma caldeira depende da pressão de operação da mesma em relação à quantidade de água que é processada por dia e com que velocidade, em [[Wikipedia:Galão|Galões Por Minuto (GPM)]], tal como observado na Tabela 1 <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
<center>
{| class="wikitable"
|+Tabela 1- Valor do sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras consoante a pressão utilizada <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
|-
! width="170" |Pressão das caldeiras
! width="400" |Valor ($)
|-
|- align="center"
|'''Baixa (< 600psi)'''
|50M - 100M (100GPM)
100M - 250M (se necessário o ''softener'' ou decalcalinizante)
|- align="center"
|'''Alta (≥ 600psi)'''
|500M - 1mM (100GPM)
1mM - 1.5mM (200GPM)
|}
</center>
De referir que, para determinadas pressões, existe um nível máximo de contaminantes que podem ser introduzidos na caldeira, e à medida que se aumenta a pressão na caldeira, torna-se mais crítico o tratamento completo da água <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Além da pressão, existem outros fatores importantes que poderão influenciar o preço do sistema, devendo a sua seleção ser feita com cuidado: a escolha da fonte de água da alimentação (da cidade, de efluentes tratados ou de poço) poderá minimizar as despesas de capital ([[Wikipedia:CAPEX|CAPEX – ''capital expenditure'']]) e de operação ([[Wikipedia:OPEX|OPEX – ''operational expenditure'']]); o planeamento do projeto e requisitos regulamentares representam 10 - 15% do custo total do projeto; as taxas de instalação que dependem do local onde é implementado o sistema, normalmente, custam 15 - 25% do projeto; o transporte do sistema para a planta que, além de depender da época em que é realizado, também varia consoante a distância da planta em relação à instalação de fabrico, reflete 5 - 10% do custo do projeto. Por exemplo, um sistema básico pode ter válvulas multiportas, tubulações de plástico e vasos de plástico, enquanto um sistema mais robusto requer revestimento de borracha e tubulações de aço inoxidável com ninhos de válvulas industriais. Estes fatores industriais podem aumentar o custo total do sistema em 50 - 100% <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Problemáticas comuns causadas pela água da alimentação==
Apesar de os problemas que surgem serem próprios de cada instalação, alguns deles são, tipicamente, recorrentes. Entre eles destacam-se a produção de lamas, o desenvolvimento de depósitos, a corrosão e a formação de espumas e ''priming'' <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''produção de lamas''' deve-se, essencialmente, à presença de sedimentos ou óleos. Os sólidos podem depositar em áreas com menor fluxo, formando-se uma camada isolante. Isto pode levar ao sobreaquecimento das tubagens e, eventualmente, ruturas. Utilizam-se métodos como a filtração, sedimentação e ''softening'' para lidar com o problema a montante. Caso haja passagem de lamas, é importante remover a camada que se forma nos tubos antes que esta endureça por ação do calor. Em caldeiras de baixa pressão, é possível usar condicionadores de lamas líquidos para que estas sejam removidas na purga <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''formação de depósitos''' resulta, como foi mencionado, da precipitação de impurezas que formam camadas extremamente duras. A melhor forma de lidar com o problema é evitá-lo. A água deve ser previamente submetida a tratamentos como osmose inversa, ''[[Wikipedia:Electrodeionization|electrodeionization]]'' e ''[[Wikipedia:Capacitive deionization|deionization]]'' <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''corrosão''' consiste na degradação do metal que constitui o equipamento, formando-se pontos de ''stress'' e fraturas que podem levar a ruturas. Este fenómeno ocorre preferencialmente nos pontos quentes da caldeira. A corrosão é fomentada pela presença de [[Wikipedia:Oxigénio|oxigénio]], [[Wikipedia:Dióxido de carbono|dióxido de carbono]] e [[Wikipedia:Cloro|cloro]] (em concentrações elevadas). O uso de ''[[Wikipedia:Scavenger (chemistry)|scavengers]]'' de oxigénio e desarejadores é comum para lidar com o problema, sendo também importante controlar o pH da água <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Frequentemente, a '''formação de espumas''' e '''''priming''''' são dois fenómenos que ocorrem simultaneamente. Quando há quantidades elevadas de sólidos dissolvidos na superfície da água, a evaporação leva à formação de bolhas destas impurezas (espuma) que podem ser arrastadas com o vapor (''priming''), causando problemas nos equipamentos a jusante e diminuindo a sua eficiência. Para resolver esta questão deve-se manter uma concentração de sólidos dissolvidos baixa e controlar a alcalinidade e o pH da água. Algumas técnicas frequentemente usadas são a filtração, a troca iónica e ''softening'' <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Alguns contaminantes e possíveis tratamentos==
Os principais objetivos do tratamento da água para alimentação das caldeiras é evitar a formação de espumas e depósitos, ''priming'' e a corrosão. Antes sequer de pensar nos tratamentos que serão feitos à água, é necessário escolher a fonte dessa mesma água que se quer o mais pura possível pelo menor preço, sendo a dicotomia preço / qualidade de extrema importância. Algumas das possíveis fontes são a água da rede, efluentes de ETAR’s, água proveniente de uma torre de refrigeração dentro da planta, lençóis de água subterrâneos e de superfície <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Na Tabela 2, encontra-se uma lista de contaminantes frequentemente encontrados na água e os respetivos tratamentos a usar, a fim de evitar os problemas que causam no equipamento.
 
{| class="wikitable"
|+Tabela 2- Impurezas frequentemente detetadas na água, respetivos problemas que causam nos equipamentos e como preveni-los <ref name="Lenntech2019">Lenntech (2019). Boiler Feed Water. Acedido a 19 de Fevereiro de 2019, no Web site da: https://www.lenntech.com/applications/process/boiler/boiler-feed-water.htm</ref>.
!
!Impureza
!Problemática
!Tratamentos
|-
| rowspan="3" |'''Gases Solúveis'''
|Ácido sulfídrico
|Corrosivo para a maioria dos metais
|Arejamento, filtração e cloração (c''hlorination'')
|-
|Dióxido de carbono
|Corrosivo; forma ácido carbónico no condensado
|Desarejamento e neutralização com compostos alcalinos
|-
|Oxigénio
|Corrosão localizada (''pitting'') nos tubos da caldeira
|Desarejamento e tratamento químico com sulfito de sódio ou hidrazina
|-
| rowspan="2" |'''Sólidos Suspensos'''
|Turbidez e sedimento
|Arrastamento de lamas e depósitos
|Clarificação e filtração (5 mg/L no máximo)
|-
|Matéria orgânica
|Formação de espumas; formação de depósitos que podem entupir os tubos e causar corrosão
|Clarificação, filtração e tratamento químico
|-
| rowspan="7" |'''Sólidos Coloidais'''

'''Dissolvidos'''

'''(D''issolved'''''

'''''Colloidal'''''

'''''Solids'')'''
|Óleos e gorduras
|Formação de espumas e depósitos
|Coagulação e filtração
|-
|Dureza, cálcio e magnésio
|Formação de depósitos (maior resistência à transferência de calor e menor eficiência); pode levar à falha da caldeira
|''Softening'' da água e tratamento interno da caldeira
|-
|Sódio, alcalinidade, NaOH, NaHCO3, Na2CO3
|Formação de espumas; formação de ácido carbónico no vapor, causando corrosão e fragilizando o equipamento
|Desarejamento da água de reposição e do condensado, troca iónica, desionização e tratamento acídico da água de reposição
|-
|Sulfatos
|Formação de depósitos (especialmente na presença de cálcio)
|Desionização
|-
|Clorados (''chlorides'')
|''Priming''; arrastamento da fase líquida pelo vapor baixando a eficiência e causando depósitos de sais; formação de espumas
|Desionização
|-
|Ferro e Manganésio
|Formação de depósitos que aumentam a resistência à transferência de calor
|Arejamento, filtração e troca iónica
|-
|Sílica
|Formação de depósitos
|Desionização, ''lime soda process'', ''hot-lime-zeolite treatment''
|}
Finalmente, existem limites máximos recomendáveis para a presença estes compostos na água para alimentação de caldeiras, de modo a garantir o bom funcionamento do equipamento. A [[Wikipedia:Sociedade dos Engenheiros Mecânicos dos Estados Unidos|Associação Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME)]] publicou uma lista para auxiliar as empresas, podendo-se encontrar alguns dos parâmetros recomendados na Tabela 3.
 
{| class="wikitable"
|+Tabela 3- Limites recomendados pela ASME para alguns contaminantes presentes na água para diferentes gamas de pressão de operação da caldeira.
!
! colspan="3" |Água de Alimentação da Caldeira
! colspan="3" |'''Fase Aquosa na Caldeira'''
|-
!Pressão no Tambor
(bar)
!Ferro
(mg/L de Fe)
!Cobre
(mg/L de Cu)
!Dureza Total
(mg/L de '''CaCO3''')
!Sílica
(mg/L de '''SiO2''')
!'''Alcalinidade Total'''

'''(mg/L de CaCO3)'''
!'''Condutividade Específica'''

'''(μΩ/cm) (não neutralizada)'''
|-
|'''0 - 20,7'''
|0,100
|0,050
|0,300
|150
|700
|7000
|-
|'''20,8 - 31,0'''
|0,050
|0,025
|0,300
|90
|600
|6000
|-
|'''31,1 - 41,4'''
|0,030
|0,020
|0,200
|40
|500
|5000
|-
|'''41,5 - 51,7'''
|0,025
|0,020
|0,200
|30
|400
|4000
|-
|'''51,8 - 62,1'''
|0,020
|0,015
|0,100
|20
|300
|3000
|-
|'''62,2 - 68,9'''
|0,020
|0,015
|0,050
|8
|200
|2000
|-
|'''69,0 - 103,4'''
|0,010
|0,010
|0,0
|2
|0
|150
|-
|'''103,5 - 137,9'''
|0,010
|0,010
|0,0
|1
|0
|100
|}
Como é possível observar, à medida que a pressão de operação aumenta, a exigência na pureza da água também aumenta. A maioria destes compostos, quando sujeitos a temperaturas elevadas, podem causar acumulação de depósitos, corrosão, [[Wikipedia:Fouling|fouling]] e incrustações, sendo crucial removê-los ou transformá-los para garantir o normal funcionamento do equipamento e prolongar o seu tempo útil de vida. A melhor maneira de o fazer será segundo as recomendações para a qualidade da água do fornecedor da caldeira e consultar um perito desta área de intervenção <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Referências==
{{reflist}}

[[Categoria:Utilidades industriais]]
<references />

Tratamento de Água da Alimentação de Caldeiras

2019-04-18T11:33:38Z

DiogoLucas:

Trabalho relativo à utilidade '''Água da Alimentação de Caldeiras''' realizado por: Diogo Lucas e Joana Costa, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química.

Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

==Definição e funcionamento==
Atualmente, dos muitos usos da energia na indústria, nos transportes e nas residências, a maior parte da utilização total é direcionada para a produção de [[Wikipedia:Vapor|vapor]] através da oxidação de [[Wikipedia:Combustível fóssil|combustíveis fósseis]]. O tratamento de [[Wikipedia:Água|água]] para a geração de vapor é um dos ramos mais sofisticados da química da água. Uma compreensão, dos fundamentos da química da água da [[Wikipedia:Caldeira|caldeira]], é essencial para o engenheiro de energia que, continuamente, aumenta a eficiência das caldeiras e equipamentos que utilizam vapor <ref name="Kemmer1988">Kemmer, F. (1988). ''The NALCO Water Handbook''. Chapter 39: Boiler Water Treatment. 2ª Edição, Nalco Chemical Company. Nova Iorque.</ref>. As caldeiras são usadas numa vasta gama de aplicações, desde aquecedores de água quente a produção de vapor para turbinas de 1000MW em usinas de energia elétrica. O sistema de controlo vai-se tornando mais complexo à medida que a caldeira aumenta de dimensão <ref name="Metzger1992">Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.

Nas Figuras acima expostas encontram-se esquematizados um diagrama de blocos (Figura 1) e os equipamentos mais relevantes usados numa caldeira (Figura 2). Através da Figura 1 verifica-se que uma caldeira tem um objetivo essencial, que é a produção de vapor a uma [[Wikipedia:Pressão|pressão]] e [[Wikipedia:Temperatura|temperatura]] desejadas para um determinado processo e que, para se alcançar isso, são necessárias três correntes de alimentação básicas: [[Wikipedia:Combustível|combustível]] (carvão, gás natural, óleo combustível ou resíduos sólidos), água e [[Wikipedia:Combustão|gases de combustão]] <ref name="Metzger1992">Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.
O tratamento de água para alimentação de caldeiras industriais foca a remoção ou modificação química de substâncias potencialmente prejudiciais à caldeira <ref name="Kispotta2014">Kispotta, N., Sidar, D., Sen, P., Choudhary, G., Bohidar, S. (2014). Common Boiler Feed Water Treatment in the Industry [Versão eletrónica]. International Journal for Innovative Research in Science & Technology, 1: 59-62. Acedido a 15 de Fevereiro de 2019, em: http://www.ijirst.org/articles/IJIRSTV1I6046.pdf</ref>, devendo ser eficiente, bem projetado e constituído por várias tecnologias individuais, de modo a <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:

*'''Tratar''' eficientemente a água de alimentação da caldeira e '''remover''' impurezas prejudiciais, antes de entrar na caldeira;
*'''Promover''' o controlo da química interna da caldeira;
*'''Maximizar''' o uso de condensado de vapor;
*'''Controlar''' a corrosão da linha de retorno;
*'''Evitar''' o tempo de paragem e a falha da caldeira;
*'''Prolongar''' a vida útil do equipamento.

Assim, irá haver uma garantia, de que o tratamento implementado evite a ocorrência de problemas, como [[Wikipedia:Incrustação|incrustações]] e [[Wikipedia:Corrosão|corrosão]], prevenindo substituições / reparações dispendiosas no futuro <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Os sistemas de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ter tecnologias necessárias para remover sólidos dissolvidos problemáticos, sólidos suspensos e material orgânico, tema que será abordado mais à frente.
Os processos específicos de tratamento variam dependendo das exigências da caldeira e da qualidade / química da água da alimentação e de makeup, mas um sistema típico de tratamento de água da alimentação de caldeiras inclui as seguintes etapas <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:

*Makeup da água;
*Coagulação e [[Wikipedia:Precipitação (química)|precipitação química]];
*[[Wikipedia:Filtração|Filtração]] e [[Wikipedia:Ultrafiltração|ultrafiltração]];
*''[[Wikipedia:Softening|Softening]]'' da troca de iões;
*Dealcalinização;
*[[Wikipedia:Osmose inversa|Osmose inversa]] e [[Wikipedia:Nanofiltração|nanofiltração]];
*[[Wikipedia:Deaeration|Desaeração]] ou [[Wikipedia:Desgaseificação|desgaseificação]];
*Distribuição.

==Custos do sistema==
Os custos de um sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ser complexos de estimar, dependendo de vários fatores, como as várias pressões da caldeira, recomendações do fabricante e química da água de makeup, pois um tratamento inadequado da água pode levar à incrustação e à corrosão da caldeira e do equipamento a jusante. A qualidade da água da alimentação necessária para uma caldeira depende da pressão de operação da mesma em relação à quantidade de água que é processada por dia e com que velocidade, em [[Wikipedia:Galão|Galões Por Minuto (GPM)]], tal como observado na Tabela 1 <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
<center>
{| class="wikitable"
|+Tabela 1- Valor do sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras consoante a pressão utilizada <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
|-
! width="170" |Pressão das caldeiras
! width="400" |Valor ($)
|-
|- align="center"
|'''Baixa (< 600psi)'''
|50M - 100M (100GPM)
100M - 250M (se necessário o ''softener'' ou decalcalinizante)
|- align="center"
|'''Alta (≥ 600psi)'''
|500M - 1mM (100GPM)
1mM - 1.5mM (200GPM)
|}
</center>
De referir que, para determinadas pressões, existe um nível máximo de contaminantes que podem ser introduzidos na caldeira, e à medida que se aumenta a pressão na caldeira, torna-se mais crítico o tratamento completo da água <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Além da pressão, existem outros fatores importantes que poderão influenciar o preço do sistema, devendo a sua seleção ser feita com cuidado: a escolha da fonte de água da alimentação (da cidade, de efluentes tratados ou de poço) poderá minimizar as despesas de capital ([[Wikipedia:CAPEX|CAPEX – ''capital expenditure'']]) e de operação ([[Wikipedia:OPEX|OPEX – ''operational expenditure'']]); o planeamento do projeto e requisitos regulamentares representam 10 - 15% do custo total do projeto; as taxas de instalação que dependem do local onde é implementado o sistema, normalmente, custam 15 - 25% do projeto; o transporte do sistema para a planta que, além de depender da época em que é realizado, também varia consoante a distância da planta em relação à instalação de fabrico, reflete 5 - 10% do custo do projeto. Por exemplo, um sistema básico pode ter válvulas multiportas, tubulações de plástico e vasos de plástico, enquanto um sistema mais robusto requer revestimento de borracha e tubulações de aço inoxidável com ninhos de válvulas industriais. Estes fatores industriais podem aumentar o custo total do sistema em 50 - 100% <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Problemáticas comuns causadas pela água da alimentação==
Apesar de os problemas que surgem serem próprios de cada instalação, alguns deles são, tipicamente, recorrentes. Entre eles destacam-se a produção de lamas, o desenvolvimento de depósitos, a corrosão e a formação de espumas e ''priming'' <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''produção de lamas''' deve-se, essencialmente, à presença de sedimentos ou óleos. Os sólidos podem depositar em áreas com menor fluxo, formando-se uma camada isolante. Isto pode levar ao sobreaquecimento das tubagens e, eventualmente, ruturas. Utilizam-se métodos como a filtração, sedimentação e ''softening'' para lidar com o problema a montante. Caso haja passagem de lamas, é importante remover a camada que se forma nos tubos antes que esta endureça por ação do calor. Em caldeiras de baixa pressão, é possível usar condicionadores de lamas líquidos para que estas sejam removidas na purga <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''formação de depósitos''' resulta, como foi mencionado, da precipitação de impurezas que formam camadas extremamente duras. A melhor forma de lidar com o problema é evitá-lo. A água deve ser previamente submetida a tratamentos como osmose inversa, ''[[Wikipedia:Electrodeionization|electrodeionization]]'' e ''[[Wikipedia:Capacitive deionization|deionization]]'' <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''corrosão''' consiste na degradação do metal que constitui o equipamento, formando-se pontos de ''stress'' e fraturas que podem levar a ruturas. Este fenómeno ocorre preferencialmente nos pontos quentes da caldeira. A corrosão é fomentada pela presença de [[Wikipedia:Oxigénio|oxigénio]], [[Wikipedia:Dióxido de carbono|dióxido de carbono]] e [[Wikipedia:Cloro|cloro]] (em concentrações elevadas). O uso de ''[[Wikipedia:Scavenger (chemistry)|scavengers]]'' de oxigénio e desarejadores é comum para lidar com o problema, sendo também importante controlar o pH da água <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Frequentemente, a '''formação de espumas''' e '''''priming''''' são dois fenómenos que ocorrem simultaneamente. Quando há quantidades elevadas de sólidos dissolvidos na superfície da água, a evaporação leva à formação de bolhas destas impurezas (espuma) que podem ser arrastadas com o vapor (''priming''), causando problemas nos equipamentos a jusante e diminuindo a sua eficiência. Para resolver esta questão deve-se manter uma concentração de sólidos dissolvidos baixa e controlar a alcalinidade e o pH da água. Algumas técnicas frequentemente usadas são a filtração, a troca iónica e ''softening'' <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Alguns contaminantes e possíveis tratamentos==
Os principais objetivos do tratamento da água para alimentação das caldeiras é evitar a formação de espumas e depósitos, ''priming'' e a corrosão. Antes sequer de pensar nos tratamentos que serão feitos à água, é necessário escolher a fonte dessa mesma água que se quer o mais pura possível pelo menor preço, sendo a dicotomia preço / qualidade de extrema importância. Algumas das possíveis fontes são a água da rede, efluentes de ETAR’s, água proveniente de uma torre de refrigeração dentro da planta, lençóis de água subterrâneos e de superfície <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Na Tabela 2, encontra-se uma lista de contaminantes frequentemente encontrados na água e os respetivos tratamentos a usar, a fim de evitar os problemas que causam no equipamento.
 
{| class="wikitable"
|+Tabela 2- Impurezas frequentemente detetadas na água, respetivos problemas que causam nos equipamentos e como preveni-los <ref name="Lenntech2019">Lenntech (2019). Boiler Feed Water. Acedido a 19 de Fevereiro de 2019, no Web site da: https://www.lenntech.com/applications/process/boiler/boiler-feed-water.htm</ref>.
!
!Impureza
!Problemática
!Tratamentos
|-
| rowspan="3" |'''Gases solúveis'''
|Ácido sulfídrico
|Corrosivo para a maioria dos metais
|Arejamento, filtração e cloração (''Chlorination'')
|-
|Dióxido de carbono
|Corrosivo; forma ácido carbónico no condensado
|Desarejamento e neutralização com compostos alcalinos
|-
|Oxigénio
|Corrosão localizada (''pitting'') nos tubos da caldeira
|Desarejamento e tratamento químico com sulfito de sódio ou hidrazina
|-
| rowspan="2" |'''Sólidos suspensos'''
|Turbidez e sedimento
|Arrastamento de lamas e depósitos
|Clarificação e filtração (5 mg/L no máximo)
|-
|Matéria orgânica
|Formação de espumas; formação de depósitos que podem entupir os tubos e causar corrosão
|Clarificação, filtração e tratamento químico
|-
| rowspan="7" |'''Sólidos coloidais'''

'''dissolvidos'''

'''(''dissolved'''''

'''''colloidal'''''

'''''solids'')'''
|Óleos e gorduras
|Formação de espumas e depósitos
|Coagulação e filtração
|-
|Dureza, cálcio e magnésio
|Formação de depósitos (maior resistência à transferência de calor e menor eficiência); pode levar à falha da caldeira
|''Softening'' da água e tratamento interno da caldeira
|-
|Sódio, alcalinidade, NaOH, NaHCO3, Na2CO3
|Formação de espumas; formação de ácido carbónico no vapor, causando corrosão e fragilizando o equipamento
|Desarejamento da água de reposição e do condensado, troca iónica, desionização e tratamento acídico da água de reposição
|-
|Sulfatos
|Formação de depósitos (especialmente na presença de cálcio)
|Desionização
|-
|Clorados (''chlorides'')
|''Priming''; arrastamento da fase líquida pelo vapor baixando a eficiência e causando depósitos de sais; formação de espumas
|Desionização
|-
|Ferro e Manganésio
|Formação de depósitos que aumentam a resistência à transferência de calor
|Arejamento, filtração e troca iónica
|-
|Sílica
|Formação de depósitos
|Desionização, ''lime soda process'', ''hot-lime-zeolite treatment''
|}
Finalmente, existem limites máximos recomendáveis para a presença estes compostos na água para alimentação de caldeiras, de modo a garantir o bom funcionamento do equipamento. A [[Wikipedia:Sociedade dos Engenheiros Mecânicos dos Estados Unidos|Associação Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME)]] publicou uma lista para auxiliar as empresas, podendo-se encontrar alguns dos parâmetros recomendados na Tabela 3.

Como é possível observar, à medida que a pressão de operação aumenta, a exigência na pureza da água também aumenta. A maioria destes compostos, quando sujeitos a temperaturas elevadas, podem causar acumulação de depósitos, corrosão, [[Wikipedia:Fouling|fouling]] e incrustações, sendo crucial removê-los ou transformá-los para garantir o normal funcionamento do equipamento e prolongar o seu tempo útil de vida. A melhor maneira de o fazer será segundo as recomendações para a qualidade da água do fornecedor da caldeira e consultar um perito desta área de intervenção <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Referências==
{{reflist}}

[[Categoria:Utilidades industriais]]
<references />

Tratamento de Água da Alimentação de Caldeiras

2019-04-18T11:31:29Z

DiogoLucas:

Trabalho relativo à utilidade '''Água da Alimentação de Caldeiras''' realizado por: Diogo Lucas e Joana Costa, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química.

Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

==Definição e funcionamento==
Atualmente, dos muitos usos da energia na indústria, nos transportes e nas residências, a maior parte da utilização total é direcionada para a produção de [[Wikipedia:Vapor|vapor]] através da oxidação de [[Wikipedia:Combustível fóssil|combustíveis fósseis]]. O tratamento de [[Wikipedia:Água|água]] para a geração de vapor é um dos ramos mais sofisticados da química da água. Uma compreensão, dos fundamentos da química da água da [[Wikipedia:Caldeira|caldeira]], é essencial para o engenheiro de energia que, continuamente, aumenta a eficiência das caldeiras e equipamentos que utilizam vapor <ref name="Kemmer1988">Kemmer, F. (1988). ''The NALCO Water Handbook''. Chapter 39: Boiler Water Treatment. 2ª Edição, Nalco Chemical Company. Nova Iorque.</ref>. As caldeiras são usadas numa vasta gama de aplicações, desde aquecedores de água quente a produção de vapor para turbinas de 1000MW em usinas de energia elétrica. O sistema de controlo vai-se tornando mais complexo à medida que a caldeira aumenta de dimensão <ref name="Metzger1992">Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.

Nas Figuras acima expostas encontram-se esquematizados um diagrama de blocos (Figura 1) e os equipamentos mais relevantes usados numa caldeira (Figura 2). Através da Figura 1 verifica-se que uma caldeira tem um objetivo essencial, que é a produção de vapor a uma [[Wikipedia:Pressão|pressão]] e [[Wikipedia:Temperatura|temperatura]] desejadas para um determinado processo e que, para se alcançar isso, são necessárias três correntes de alimentação básicas: [[Wikipedia:Combustível|combustível]] (carvão, gás natural, óleo combustível ou resíduos sólidos), água e [[Wikipedia:Combustão|gases de combustão]] <ref name="Metzger1992">Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.
O tratamento de água para alimentação de caldeiras industriais foca a remoção ou modificação química de substâncias potencialmente prejudiciais à caldeira <ref name="Kispotta2014">Kispotta, N., Sidar, D., Sen, P., Choudhary, G., Bohidar, S. (2014). Common Boiler Feed Water Treatment in the Industry [Versão eletrónica]. International Journal for Innovative Research in Science & Technology, 1: 59-62. Acedido a 15 de Fevereiro de 2019, em: http://www.ijirst.org/articles/IJIRSTV1I6046.pdf</ref>, devendo ser eficiente, bem projetado e constituído por várias tecnologias individuais, de modo a <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:

*'''Tratar''' eficientemente a água de alimentação da caldeira e '''remover''' impurezas prejudiciais, antes de entrar na caldeira;
*'''Promover''' o controlo da química interna da caldeira;
*'''Maximizar''' o uso de condensado de vapor;
*'''Controlar''' a corrosão da linha de retorno;
*'''Evitar''' o tempo de paragem e a falha da caldeira;
*'''Prolongar''' a vida útil do equipamento.

Assim, irá haver uma garantia, de que o tratamento implementado evite a ocorrência de problemas, como [[Wikipedia:Incrustação|incrustações]] e [[Wikipedia:Corrosão|corrosão]], prevenindo substituições / reparações dispendiosas no futuro <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Os sistemas de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ter tecnologias necessárias para remover sólidos dissolvidos problemáticos, sólidos suspensos e material orgânico, tema que será abordado mais à frente.
Os processos específicos de tratamento variam dependendo das exigências da caldeira e da qualidade / química da água da alimentação e de makeup, mas um sistema típico de tratamento de água da alimentação de caldeiras inclui as seguintes etapas <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:

*Makeup da água;
*Coagulação e [[Wikipedia:Precipitação (química)|precipitação química]];
*[[Wikipedia:Filtração|Filtração]] e [[Wikipedia:Ultrafiltração|ultrafiltração]];
*''[[Wikipedia:Softening|Softening]]'' da troca de iões;
*Dealcalinização;
*[[Wikipedia:Osmose inversa|Osmose inversa]] e [[Wikipedia:Nanofiltração|nanofiltração]];
*[[Wikipedia:Deaeration|Desaeração]] ou [[Wikipedia:Desgaseificação|desgaseificação]];
*Distribuição.

==Custos do sistema==
Os custos de um sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ser complexos de estimar, dependendo de vários fatores, como as várias pressões da caldeira, recomendações do fabricante e química da água de makeup, pois um tratamento inadequado da água pode levar à incrustação e à corrosão da caldeira e do equipamento a jusante. A qualidade da água da alimentação necessária para uma caldeira depende da pressão de operação da mesma em relação à quantidade de água que é processada por dia e com que velocidade, em [[Wikipedia:Galão|Galões Por Minuto (GPM)]], tal como observado na Tabela 1 <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
<center>
{| class="wikitable"
|+Tabela 1- Valor do sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras consoante a pressão utilizada <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
|-
! width="170" |Pressão das caldeiras
! width="400" |Valor ($)
|-
|- align="center"
|'''Baixa (< 600psi)'''
|50M - 100M (100GPM)
100M - 250M (se necessário o ''softener'' ou decalcalinizante)
|- align="center"
|'''Alta (≥ 600psi)'''
|500M - 1mM (100GPM)
1mM - 1.5mM (200GPM)
|}
</center>
De referir que, para determinadas pressões, existe um nível máximo de contaminantes que podem ser introduzidos na caldeira, e à medida que se aumenta a pressão na caldeira, torna-se mais crítico o tratamento completo da água <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Além da pressão, existem outros fatores importantes que poderão influenciar o preço do sistema, devendo a sua seleção ser feita com cuidado: a escolha da fonte de água da alimentação (da cidade, de efluentes tratados ou de poço) poderá minimizar as despesas de capital ([[Wikipedia:CAPEX|CAPEX – ''capital expenditure'']]) e de operação ([[Wikipedia:OPEX|OPEX – ''operational expenditure'']]); o planeamento do projeto e requisitos regulamentares representam 10 - 15% do custo total do projeto; as taxas de instalação que dependem do local onde é implementado o sistema, normalmente, custam 15 - 25% do projeto; o transporte do sistema para a planta que, além de depender da época em que é realizado, também varia consoante a distância da planta em relação à instalação de fabrico, reflete 5 - 10% do custo do projeto. Por exemplo, um sistema básico pode ter válvulas multiportas, tubulações de plástico e vasos de plástico, enquanto um sistema mais robusto requer revestimento de borracha e tubulações de aço inoxidável com ninhos de válvulas industriais. Estes fatores industriais podem aumentar o custo total do sistema em 50 - 100% <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Problemáticas comuns causadas pela água da alimentação==
Apesar de os problemas que surgem serem próprios de cada instalação, alguns deles são, tipicamente, recorrentes. Entre eles destacam-se a produção de lamas, o desenvolvimento de depósitos, a corrosão e a formação de espumas e ''priming'' <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''produção de lamas''' deve-se, essencialmente, à presença de sedimentos ou óleos. Os sólidos podem depositar em áreas com menor fluxo, formando-se uma camada isolante. Isto pode levar ao sobreaquecimento das tubagens e, eventualmente, ruturas. Utilizam-se métodos como a filtração, sedimentação e ''softening'' para lidar com o problema a montante. Caso haja passagem de lamas, é importante remover a camada que se forma nos tubos antes que esta endureça por ação do calor. Em caldeiras de baixa pressão, é possível usar condicionadores de lamas líquidos para que estas sejam removidas na purga <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''formação de depósitos''' resulta, como foi mencionado, da precipitação de impurezas que formam camadas extremamente duras. A melhor forma de lidar com o problema é evitá-lo. A água deve ser previamente submetida a tratamentos como osmose inversa, ''[[Wikipedia:Electrodeionization|electrodeionization]]'' e ''[[Wikipedia:Capacitive deionization|deionization]]'' <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''corrosão''' consiste na degradação do metal que constitui o equipamento, formando-se pontos de ''stress'' e fraturas que podem levar a ruturas. Este fenómeno ocorre preferencialmente nos pontos quentes da caldeira. A corrosão é fomentada pela presença de [[Wikipedia:Oxigénio|oxigénio]], [[Wikipedia:Dióxido de carbono|dióxido de carbono]] e [[Wikipedia:Cloro|cloro]] (em concentrações elevadas). O uso de ''[[Wikipedia:Scavenger (chemistry)|scavengers]]'' de oxigénio e desarejadores é comum para lidar com o problema, sendo também importante controlar o pH da água <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Frequentemente, a '''formação de espumas''' e '''''priming''''' são dois fenómenos que ocorrem simultaneamente. Quando há quantidades elevadas de sólidos dissolvidos na superfície da água, a evaporação leva à formação de bolhas destas impurezas (espuma) que podem ser arrastadas com o vapor (''priming''), causando problemas nos equipamentos a jusante e diminuindo a sua eficiência. Para resolver esta questão deve-se manter uma concentração de sólidos dissolvidos baixa e controlar a alcalinidade e o pH da água. Algumas técnicas frequentemente usadas são a filtração, a troca iónica e ''softening'' <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Alguns contaminantes e possíveis tratamentos==
Os principais objetivos do tratamento da água para alimentação das caldeiras é evitar a formação de espumas e depósitos, ''priming'' e a corrosão. Antes sequer de pensar nos tratamentos que serão feitos à água, é necessário escolher a fonte dessa mesma água que se quer o mais pura possível pelo menor preço, sendo a dicotomia preço / qualidade de extrema importância. Algumas das possíveis fontes são a água da rede, efluentes de ETAR’s, água proveniente de uma torre de refrigeração dentro da planta, lençóis de água subterrâneos e de superfície <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Na Tabela 2, encontra-se uma lista de contaminantes frequentemente encontrados na água e os respetivos tratamentos a usar, a fim de evitar os problemas que causam no equipamento.
 
{| class="wikitable"
|+Tabela 2- Impurezas frequentemente detetadas na água, respetivos problemas que causam nos equipamentos e como preveni-los.
!
!Impureza
!Problemática
!Tratamentos
|-
| rowspan="3" |'''Gases solúveis'''
|Ácido sulfídrico
|Corrosivo para a maioria dos metais
|Arejamento, filtração e cloração (''Chlorination'')
|-
|Dióxido de carbono
|Corrosivo; forma ácido carbónico no condensado
|Desarejamento e neutralização com compostos alcalinos
|-
|Oxigénio
|Corrosão localizada (''pitting'') nos tubos da caldeira
|Desarejamento e tratamento químico com sulfito de sódio ou hidrazina
|-
| rowspan="2" |'''Sólidos suspensos'''
|Turbidez e sedimento
|Arrastamento de lamas e depósitos
|Clarificação e filtração (5 mg/L no máximo)
|-
|Matéria orgânica
|Formação de espumas; formação de depósitos que podem entupir os tubos e causar corrosão
|Clarificação, filtração e tratamento químico
|-
| rowspan="7" |'''Sólidos coloidais'''

'''dissolvidos'''

'''(''dissolved'''''

'''''colloidal'''''

'''''solids'')'''
|Óleos e gorduras
|Formação de espumas e depósitos
|Coagulação e filtração
|-
|Dureza, cálcio e magnésio
|Formação de depósitos (maior resistência à transferência de calor e menor eficiência); pode levar à falha da caldeira
|''Softening'' da água e tratamento interno da caldeira
|-
|Sódio, alcalinidade, NaOH, NaHCO3, Na2CO3
|Formação de espumas; formação de ácido carbónico no vapor, causando corrosão e fragilizando o equipamento
|Desarejamento da água de reposição e do condensado, troca iónica, desionização e tratamento acídico da água de reposição
|-
|Sulfatos
|Formação de depósitos (especialmente na presença de cálcio)
|Desionização
|-
|Clorados (''chlorides'')
|''Priming''; arrastamento da fase líquida pelo vapor baixando a eficiência e causando depósitos de sais; formação de espumas
|Desionização
|-
|Ferro e Manganésio
|Formação de depósitos que aumentam a resistência à transferência de calor
|Arejamento, filtração e troca iónica
|-
|Sílica
|Formação de depósitos
|Desionização, ''lime soda process'', ''hot-lime-zeolite treatment''
|}
Finalmente, existem limites máximos recomendáveis para a presença estes compostos na água para alimentação de caldeiras, de modo a garantir o bom funcionamento do equipamento. A [[Wikipedia:Sociedade dos Engenheiros Mecânicos dos Estados Unidos|Associação Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME)]] publicou uma lista para auxiliar as empresas, podendo-se encontrar alguns dos parâmetros recomendados na Tabela 3.

Como é possível observar, à medida que a pressão de operação aumenta, a exigência na pureza da água também aumenta. A maioria destes compostos, quando sujeitos a temperaturas elevadas, podem causar acumulação de depósitos, corrosão, [[Wikipedia:Fouling|fouling]] e incrustações, sendo crucial removê-los ou transformá-los para garantir o normal funcionamento do equipamento e prolongar o seu tempo útil de vida. A melhor maneira de o fazer será segundo as recomendações para a qualidade da água do fornecedor da caldeira e consultar um perito desta área de intervenção <ref name="Samco2016">SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Referências==
{{reflist}}

[[Categoria:Utilidades industriais]]
<references />

Tratamento de Água da Alimentação de Caldeiras

2019-04-18T11:11:00Z

DiogoLucas:

Trabalho relativo à utilidade '''Água da Alimentação de Caldeiras''' realizado por: Diogo Lucas e Joana Costa, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química.

Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

==Definição e funcionamento==
Atualmente, dos muitos usos da energia na indústria, nos transportes e nas residências, a maior parte da utilização total é direcionada para a produção de [[Wikipedia:Vapor|vapor]] através da oxidação de [[Wikipedia:Combustível fóssil|combustíveis fósseis]]. O tratamento de [[Wikipedia:Água|água]] para a geração de vapor é um dos ramos mais sofisticados da química da água. Uma compreensão, dos fundamentos da química da água da [[Wikipedia:Caldeira|caldeira]], é essencial para o engenheiro de energia que, continuamente, aumenta a eficiência das caldeiras e equipamentos que utilizam vapor <ref name=Kemmer1988>Kemmer, F. (1988). ''The NALCO Water Handbook''. Chapter 39: Boiler Water Treatment. 2ª Edição, Nalco Chemical Company. Nova Iorque.</ref>. As caldeiras são usadas numa vasta gama de aplicações, desde aquecedores de água quente a produção de vapor para turbinas de 1000MW em usinas de energia elétrica. O sistema de controlo vai-se tornando mais complexo à medida que a caldeira aumenta de dimensão <ref name=Metzger1992>Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.

Nas Figuras acima expostas encontram-se esquematizados um diagrama de blocos (Figura 1) e os equipamentos mais relevantes usados numa caldeira (Figura 2). Através da Figura 1 verifica-se que uma caldeira tem um objetivo essencial, que é a produção de vapor a uma [[Wikipedia:Pressão|pressão]] e [[Wikipedia:Temperatura|temperatura]] desejadas para um determinado processo e que, para se alcançar isso, são necessárias três correntes de alimentação básicas: [[Wikipedia:Combustível|combustível]] (carvão, gás natural, óleo combustível ou resíduos sólidos), água e [[Wikipedia:Combustão|gases de combustão]] <ref name=Metzger1992>Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.
O tratamento de água para alimentação de caldeiras industriais foca a remoção ou modificação química de substâncias potencialmente prejudiciais à caldeira <ref name=Kispotta2014>Kispotta, N., Sidar, D., Sen, P., Choudhary, G., Bohidar, S. (2014). Common Boiler Feed Water Treatment in the Industry [Versão eletrónica]. International Journal for Innovative Research in Science & Technology, 1: 59-62. Acedido a 15 de Fevereiro de 2019, em: http://www.ijirst.org/articles/IJIRSTV1I6046.pdf</ref>, devendo ser eficiente, bem projetado e constituído por várias tecnologias individuais, de modo a <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:
* '''Tratar''' eficientemente a água de alimentação da caldeira e '''remover''' impurezas prejudiciais, antes de entrar na caldeira;
* '''Promover''' o controlo da química interna da caldeira;
* '''Maximizar''' o uso de condensado de vapor;
* '''Controlar''' a corrosão da linha de retorno;
* '''Evitar''' o tempo de paragem e a falha da caldeira;
* '''Prolongar''' a vida útil do equipamento.
Assim, irá haver uma garantia, de que o tratamento implementado evite a ocorrência de problemas, como [[Wikipedia:Incrustação|incrustações]] e [[Wikipedia:Corrosão|corrosão]], prevenindo substituições / reparações dispendiosas no futuro <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Os sistemas de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ter tecnologias necessárias para remover sólidos dissolvidos problemáticos, sólidos suspensos e material orgânico, tema que será abordado mais à frente.
Os processos específicos de tratamento variam dependendo das exigências da caldeira e da qualidade / química da água da alimentação e de makeup, mas um sistema típico de tratamento de água da alimentação de caldeiras inclui as seguintes etapas <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:
* Makeup da água;
* Coagulação e [[Wikipedia:Precipitação (química)|precipitação química]];
* [[Wikipedia:Filtração|Filtração]] e [[Wikipedia:Ultrafiltração|ultrafiltração]];
* ''[[Wikipedia:Softening|Softening]]'' da troca de iões;
* Dealcalinização;
* [[Wikipedia:Osmose inversa|Osmose inversa]] e [[Wikipedia:Nanofiltração|nanofiltração]];
* [[Wikipedia:Deaeration|Desaeração]] ou [[Wikipedia:Desgaseificação|desgaseificação]];
* Distribuição.

==Custos do sistema==
Os custos de um sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ser complexos de estimar, dependendo de vários fatores, como as várias pressões da caldeira, recomendações do fabricante e química da água de makeup, pois um tratamento inadequado da água pode levar à incrustação e à corrosão da caldeira e do equipamento a jusante. A qualidade da água da alimentação necessária para uma caldeira depende da pressão de operação da mesma em relação à quantidade de água que é processada por dia e com que velocidade, em [[Wikipedia:Galão|Galões Por Minuto (GPM)]], tal como observado na Tabela 1 <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
<center>
{| class="wikitable"
|+Tabela 1- Valor do sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras consoante a pressão utilizada <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
|-
!width="170"|Pressão das caldeiras
!width="400"|Valor ($)
|-
|- align="center"
|'''Baixa (< 600psi)'''
|50M - 100M (100GPM)
100M - 250M (se necessário o ''softener'' ou decalcalinizante)
|- align="center"
|'''Alta (≥ 600psi)'''
|500M - 1mM (100GPM)
1mM - 1.5mM (200GPM)
|}
</center>
De referir que, para determinadas pressões, existe um nível máximo de contaminantes que podem ser introduzidos na caldeira, e à medida que se aumenta a pressão na caldeira, torna-se mais crítico o tratamento completo da água <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Além da pressão, existem outros fatores importantes que poderão influenciar o preço do sistema, devendo a sua seleção ser feita com cuidado: a escolha da fonte de água da alimentação (da cidade, de efluentes tratados ou de poço) poderá minimizar as despesas de capital ([[Wikipedia:CAPEX|CAPEX – ''capital expenditure'']]) e de operação ([[Wikipedia:OPEX|OPEX – ''operational expenditure'']]); o planeamento do projeto e requisitos regulamentares representam 10 - 15% do custo total do projeto; as taxas de instalação que dependem do local onde é implementado o sistema, normalmente, custam 15 - 25% do projeto; o transporte do sistema para a planta que, além de depender da época em que é realizado, também varia consoante a distância da planta em relação à instalação de fabrico, reflete 5 - 10% do custo do projeto. Por exemplo, um sistema básico pode ter válvulas multiportas, tubulações de plástico e vasos de plástico, enquanto um sistema mais robusto requer revestimento de borracha e tubulações de aço inoxidável com ninhos de válvulas industriais. Estes fatores industriais podem aumentar o custo total do sistema em 50 - 100% <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Problemáticas comuns causadas pela água da alimentação==
Apesar de os problemas que surgem serem próprios de cada instalação, alguns deles são, tipicamente, recorrentes. Entre eles destacam-se a produção de lamas, o desenvolvimento de depósitos, a corrosão e a formação de espumas e ''priming'' <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''produção de lamas''' deve-se, essencialmente, à presença de sedimentos ou óleos. Os sólidos podem depositar em áreas com menor fluxo, formando-se uma camada isolante. Isto pode levar ao sobreaquecimento das tubagens e, eventualmente, ruturas. Utilizam-se métodos como a filtração, sedimentação e ''softening'' para lidar com o problema a montante. Caso haja passagem de lamas, é importante remover a camada que se forma nos tubos antes que esta endureça por ação do calor. Em caldeiras de baixa pressão, é possível usar condicionadores de lamas líquidos para que estas sejam removidas na purga <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''formação de depósitos''' resulta, como foi mencionado, da precipitação de impurezas que formam camadas extremamente duras. A melhor forma de lidar com o problema é evitá-lo. A água deve ser previamente submetida a tratamentos como osmose inversa, ''[[Wikipedia:Electrodeionization|electrodeionization]]'' e ''[[Wikipedia:Capacitive deionization|deionization]]'' <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''corrosão''' consiste na degradação do metal que constitui o equipamento, formando-se pontos de ''stress'' e fraturas que podem levar a ruturas. Este fenómeno ocorre preferencialmente nos pontos quentes da caldeira. A corrosão é fomentada pela presença de [[Wikipedia:Oxigénio|oxigénio]], [[Wikipedia:Dióxido de carbono|dióxido de carbono]] e [[Wikipedia:Cloro|cloro]] (em concentrações elevadas). O uso de ''[[Wikipedia:Scavenger (chemistry)|scavengers]]'' de oxigénio e desarejadores é comum para lidar com o problema, sendo também importante controlar o pH da água <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Frequentemente, a '''formação de espumas''' e '''''priming''''' são dois fenómenos que ocorrem simultaneamente. Quando há quantidades elevadas de sólidos dissolvidos na superfície da água, a evaporação leva à formação de bolhas destas impurezas (espuma) que podem ser arrastadas com o vapor (''priming''), causando problemas nos equipamentos a jusante e diminuindo a sua eficiência. Para resolver esta questão deve-se manter uma concentração de sólidos dissolvidos baixa e controlar a alcalinidade e o pH da água. Algumas técnicas frequentemente usadas são a filtração, a troca iónica e ''softening'' <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Alguns contaminantes e possíveis tratamentos==
Os principais objetivos do tratamento da água para alimentação das caldeiras é evitar a formação de espumas e depósitos, ''priming'' e a corrosão. Antes sequer de pensar nos tratamentos que serão feitos à água, é necessário escolher a fonte dessa mesma água que se quer o mais pura possível pelo menor preço, sendo a dicotomia preço / qualidade de extrema importância. Algumas das possíveis fontes são a água da rede, efluentes de ETAR’s, água proveniente de uma torre de refrigeração dentro da planta, lençóis de água subterrâneos e de superfície <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Na Tabela 2, encontra-se uma lista de contaminantes frequentemente encontrados na água e os respetivos tratamentos a usar, a fim de evitar os problemas que causam no equipamento.

Finalmente, existem limites máximos recomendáveis para a presença estes compostos na água para alimentação de caldeiras, de modo a garantir o bom funcionamento do equipamento. A [[Wikipedia:Sociedade dos Engenheiros Mecânicos dos Estados Unidos|Associação Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME)]] publicou uma lista para auxiliar as empresas, podendo-se encontrar alguns dos parâmetros recomendados na Tabela 3.

Como é possível observar, à medida que a pressão de operação aumenta, a exigência na pureza da água também aumenta. A maioria destes compostos, quando sujeitos a temperaturas elevadas, podem causar acumulação de depósitos, corrosão, [[Wikipedia:Fouling|fouling]] e incrustações, sendo crucial removê-los ou transformá-los para garantir o normal funcionamento do equipamento e prolongar o seu tempo útil de vida. A melhor maneira de o fazer será segundo as recomendações para a qualidade da água do fornecedor da caldeira e consultar um perito desta área de intervenção <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Referências==
{{reflist}}

[[Categoria:Utilidades industriais]]

Tratamento de Água da Alimentação de Caldeiras

2019-04-17T18:44:47Z

DiogoLucas:

Trabalho realizado por: Diogo Lucas e Joana Costa, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química.
Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

==Definição e funcionamento==
Atualmente, dos muitos usos da energia na indústria, nos transportes e nas residências, a maior parte da utilização total é direcionada para a produção de [[Wikipedia:Vapor|vapor]] através da oxidação de [[Wikipedia:Combustível fóssil|combustíveis fósseis]]. O tratamento de [[Wikipedia:Água|água]] para a geração de vapor é um dos ramos mais sofisticados da química da água. Uma compreensão, dos fundamentos da química da água da [[Wikipedia:Caldeira|caldeira]], é essencial para o engenheiro de energia que, continuamente, aumenta a eficiência das caldeiras e equipamentos que utilizam vapor <ref name=Kemmer1988>Kemmer, F. (1988). ''The NALCO Water Handbook''. Chapter 39: Boiler Water Treatment. 2ª Edição, Nalco Chemical Company. Nova Iorque.</ref>. As caldeiras são usadas numa vasta gama de aplicações, desde aquecedores de água quente a produção de vapor para turbinas de 1000MW em usinas de energia elétrica. O sistema de controlo vai-se tornando mais complexo à medida que a caldeira aumenta de dimensão <ref name=Metzger1992>Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.

Nas Figuras acima expostas encontram-se esquematizados um diagrama de blocos (Figura 1) e os equipamentos mais relevantes usados numa caldeira (Figura 2). Através da Figura 1 verifica-se que uma caldeira tem um objetivo essencial, que é a produção de vapor a uma [[Wikipedia:Pressão|pressão]] e [[Wikipedia:Temperatura|temperatura]] desejadas para um determinado processo e que, para se alcançar isso, são necessárias três correntes de alimentação básicas: [[Wikipedia:Combustível|combustível]] (carvão, gás natural, óleo combustível ou resíduos sólidos), água e [[Wikipedia:Combustão|gases de combustão]] <ref name=Metzger1992>Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.
O tratamento de água para alimentação de caldeiras industriais foca a remoção ou modificação química de substâncias potencialmente prejudiciais à caldeira <ref name=Kispotta2014>Kispotta, N., Sidar, D., Sen, P., Choudhary, G., Bohidar, S. (2014). Common Boiler Feed Water Treatment in the Industry [Versão eletrónica]. International Journal for Innovative Research in Science & Technology, 1: 59-62. Acedido a 15 de Fevereiro de 2019, em: http://www.ijirst.org/articles/IJIRSTV1I6046.pdf</ref>, devendo ser eficiente, bem projetado e constituído por várias tecnologias individuais, de modo a <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:
* '''Tratar''' eficientemente a água de alimentação da caldeira e '''remover''' impurezas prejudiciais, antes de entrar na caldeira;
* '''Promover''' o controlo da química interna da caldeira;
* '''Maximizar''' o uso de condensado de vapor;
* '''Controlar''' a corrosão da linha de retorno;
* '''Evitar''' o tempo de paragem e a falha da caldeira;
* '''Prolongar''' a vida útil do equipamento.
Assim, irá haver uma garantia, de que o tratamento implementado evite a ocorrência de problemas, como [[Wikipedia:Incrustação|incrustações]] e [[Wikipedia:Corrosão|corrosão]], prevenindo substituições / reparações dispendiosas no futuro <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Os sistemas de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ter tecnologias necessárias para remover sólidos dissolvidos problemáticos, sólidos suspensos e material orgânico, tema que será abordado mais à frente.
Os processos específicos de tratamento variam dependendo das exigências da caldeira e da qualidade / química da água da alimentação e de makeup, mas um sistema típico de tratamento de água da alimentação de caldeiras inclui as seguintes etapas <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:
* Makeup da água;
* Coagulação e [[Wikipedia:Precipitação (química)|precipitação química]];
* [[Wikipedia:Filtração|Filtração]] e [[Wikipedia:Ultrafiltração|ultrafiltração]];
* ''[[Wikipedia:Softening|Softening]]'' da troca de iões;
* Dealcalinização;
* [[Wikipedia:Osmose inversa|Osmose inversa]] e [[Wikipedia:Nanofiltração|nanofiltração]];
* [[Wikipedia:Deaeration|Desaeração]] ou [[Wikipedia:Desgaseificação|desgaseificação]];
* Distribuição.

==Custos do sistema==
Os custos de um sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ser complexos de estimar, dependendo de vários fatores, como as várias pressões da caldeira, recomendações do fabricante e química da água de makeup, pois um tratamento inadequado da água pode levar à incrustação e à corrosão da caldeira e do equipamento a jusante. A qualidade da água da alimentação necessária para uma caldeira depende da pressão de operação da mesma em relação à quantidade de água que é processada por dia e com que velocidade, em [[Wikipedia:Galão|Galões Por Minuto (GPM)]], tal como observado na Tabela 1 <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
<center>
{| class="wikitable"
|+Tabela 1- Valor do sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras consoante a pressão utilizada <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
|-
!width="170"|Pressão das caldeiras
!width="400"|Valor ($)
|-
|- align="center"
|'''Baixa (< 600psi)'''
|50M - 100M (100GPM)
100M - 250M (se necessário o ''softener'' ou decalcalinizante)
|- align="center"
|'''Alta (≥ 600psi)'''
|500M - 1mM (100GPM)
1mM - 1.5mM (200GPM)
|}
</center>
De referir que, para determinadas pressões, existe um nível máximo de contaminantes que podem ser introduzidos na caldeira, e à medida que se aumenta a pressão na caldeira, torna-se mais crítico o tratamento completo da água <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Além da pressão, existem outros fatores importantes que poderão influenciar o preço do sistema, devendo a sua seleção ser feita com cuidado: a escolha da fonte de água da alimentação (da cidade, de efluentes tratados ou de poço) poderá minimizar as despesas de capital ([[Wikipedia:CAPEX|CAPEX – ''capital expenditure'']]) e de operação ([[Wikipedia:OPEX|OPEX – ''operational expenditure'']]); o planeamento do projeto e requisitos regulamentares representam 10 - 15% do custo total do projeto; as taxas de instalação que dependem do local onde é implementado o sistema, normalmente, custam 15 - 25% do projeto; o transporte do sistema para a planta que, além de depender da época em que é realizado, também varia consoante a distância da planta em relação à instalação de fabrico, reflete 5 - 10% do custo do projeto. Por exemplo, um sistema básico pode ter válvulas multiportas, tubulações de plástico e vasos de plástico, enquanto um sistema mais robusto requer revestimento de borracha e tubulações de aço inoxidável com ninhos de válvulas industriais. Estes fatores industriais podem aumentar o custo total do sistema em 50 - 100% <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Problemáticas comuns causadas pela água da alimentação==
Apesar de os problemas que surgem serem próprios de cada instalação, alguns deles são, tipicamente, recorrentes. Entre eles destacam-se a produção de lamas, o desenvolvimento de depósitos, a corrosão e a formação de espumas e ''priming'' <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''produção de lamas''' deve-se, essencialmente, à presença de sedimentos ou óleos. Os sólidos podem depositar em áreas com menor fluxo, formando-se uma camada isolante. Isto pode levar ao sobreaquecimento das tubagens e, eventualmente, ruturas. Utilizam-se métodos como a filtração, sedimentação e ''softening'' para lidar com o problema a montante. Caso haja passagem de lamas, é importante remover a camada que se forma nos tubos antes que esta endureça por ação do calor. Em caldeiras de baixa pressão, é possível usar condicionadores de lamas líquidos para que estas sejam removidas na purga <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''formação de depósitos''' resulta, como foi mencionado, da precipitação de impurezas que formam camadas extremamente duras. A melhor forma de lidar com o problema é evitá-lo. A água deve ser previamente submetida a tratamentos como osmose inversa, ''[[Wikipedia:Electrodeionization|electrodeionization]]'' e ''[[Wikipedia:Capacitive deionization|deionization]]'' <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''corrosão''' consiste na degradação do metal que constitui o equipamento, formando-se pontos de ''stress'' e fraturas que podem levar a ruturas. Este fenómeno ocorre preferencialmente nos pontos quentes da caldeira. A corrosão é fomentada pela presença de [[Wikipedia:Oxigénio|oxigénio]], [[Wikipedia:Dióxido de carbono|dióxido de carbono]] e [[Wikipedia:Cloro|cloro]] (em concentrações elevadas). O uso de ''[[Wikipedia:Scavenger (chemistry)|scavengers]]'' de oxigénio e desarejadores é comum para lidar com o problema, sendo também importante controlar o pH da água <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Frequentemente, a '''formação de espumas''' e '''''priming''''' são dois fenómenos que ocorrem simultaneamente. Quando há quantidades elevadas de sólidos dissolvidos na superfície da água, a evaporação leva à formação de bolhas destas impurezas (espuma) que podem ser arrastadas com o vapor (''priming''), causando problemas nos equipamentos a jusante e diminuindo a sua eficiência. Para resolver esta questão deve-se manter uma concentração de sólidos dissolvidos baixa e controlar a alcalinidade e o pH da água. Algumas técnicas frequentemente usadas são a filtração, a troca iónica e ''softening'' <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Alguns contaminantes e possíveis tratamentos==
Os principais objetivos do tratamento da água para alimentação das caldeiras é evitar a formação de espumas e depósitos, ''priming'' e a corrosão. Antes sequer de pensar nos tratamentos que serão feitos à água, é necessário escolher a fonte dessa mesma água que se quer o mais pura possível pelo menor preço, sendo a dicotomia preço / qualidade de extrema importância. Algumas das possíveis fontes são a água da rede, efluentes de ETAR’s, água proveniente de uma torre de refrigeração dentro da planta, lençóis de água subterrâneos e de superfície <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Na Tabela 2, encontra-se uma lista de contaminantes frequentemente encontrados na água e os respetivos tratamentos a usar, a fim de evitar os problemas que causam no equipamento.

Finalmente, existem limites máximos recomendáveis para a presença estes compostos na água para alimentação de caldeiras, de modo a garantir o bom funcionamento do equipamento. A [[Wikipedia:Sociedade dos Engenheiros Mecânicos dos Estados Unidos|Associação Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME)]] publicou uma lista para auxiliar as empresas, podendo-se encontrar alguns dos parâmetros recomendados na Tabela 3.

Como é possível observar, à medida que a pressão de operação aumenta, a exigência na pureza da água também aumenta. A maioria destes compostos, quando sujeitos a temperaturas elevadas, podem causar acumulação de depósitos, corrosão, [[Wikipedia:Fouling|fouling]] e incrustações, sendo crucial removê-los ou transformá-los para garantir o normal funcionamento do equipamento e prolongar o seu tempo útil de vida. A melhor maneira de o fazer será segundo as recomendações para a qualidade da água do fornecedor da caldeira e consultar um perito desta área de intervenção <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Referências==
{{reflist}}

[[Categoria:Utilidades industriais]]

Tratamento de Água da Alimentação de Caldeiras

2019-04-17T18:38:52Z

DiogoLucas:

Trabalho realizado por: Diogo Lucas e Joana Costa, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química.
Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

==Definição e funcionamento==
Atualmente, dos muitos usos da energia na indústria, nos transportes e nas residências, a maior parte da utilização total é direcionada para a produção de [[Wikipedia:Vapor|vapor]] através da oxidação de [[Wikipedia:Combustível fóssil|combustíveis fósseis]]. O tratamento de [[Wikipedia:Água|água]] para a geração de vapor é um dos ramos mais sofisticados da química da água. Uma compreensão, dos fundamentos da química da água da [[Wikipedia:Caldeira|caldeira]], é essencial para o engenheiro de energia que, continuamente, aumenta a eficiência das caldeiras e equipamentos que utilizam vapor <ref name=Kemmer1988>Kemmer, F. (1988). ''The NALCO Water Handbook''. Chapter 39: Boiler Water Treatment. 2ª Edição, Nalco Chemical Company. Nova Iorque.</ref>. As caldeiras são usadas numa vasta gama de aplicações, desde aquecedores de água quente a produção de vapor para turbinas de 1000MW em usinas de energia elétrica. O sistema de controlo vai-se tornando mais complexo à medida que a caldeira aumenta de dimensão <ref name=Metzger1992>Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.

Nas Figuras acima expostas encontram-se esquematizados um diagrama de blocos (Figura 1) e os equipamentos mais relevantes usados numa caldeira (Figura 2). Através da Figura 1 verifica-se que uma caldeira tem um objetivo essencial, que é a produção de vapor a uma [[Wikipedia:Pressão|pressão]] e [[Wikipedia:Temperatura|temperatura]] desejadas para um determinado processo e que, para se alcançar isso, são necessárias três correntes de alimentação básicas: [[Wikipedia:Combustível|combustível]] (carvão, gás natural, óleo combustível ou resíduos sólidos), água e [[Wikipedia:Combustão|gases de combustão]] <ref name=Metzger1992>Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.
O tratamento de água para alimentação de caldeiras industriais foca a remoção ou modificação química de substâncias potencialmente prejudiciais à caldeira <ref name=Kispotta2014>Kispotta, N., Sidar, D., Sen, P., Choudhary, G., Bohidar, S. (2014). Common Boiler Feed Water Treatment in the Industry [Versão eletrónica]. International Journal for Innovative Research in Science & Technology, 1: 59-62. Acedido a 15 de Fevereiro de 2019, em: http://www.ijirst.org/articles/IJIRSTV1I6046.pdf</ref>, devendo ser eficiente, bem projetado e constituído por várias tecnologias individuais, de modo a <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:
* '''Tratar''' eficientemente a água de alimentação da caldeira e '''remover''' impurezas prejudiciais, antes de entrar na caldeira;
* '''Promover''' o controlo da química interna da caldeira;
* '''Maximizar''' o uso de condensado de vapor;
* '''Controlar''' a corrosão da linha de retorno;
* '''Evitar''' o tempo de paragem e a falha da caldeira;
* '''Prolongar''' a vida útil do equipamento.
Assim, irá haver uma garantia, de que o tratamento implementado evite a ocorrência de problemas, como [[Wikipedia:Incrustação|incrustações]] e [[Wikipedia:Corrosão|corrosão]], prevenindo substituições / reparações dispendiosas no futuro <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Os sistemas de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ter tecnologias necessárias para remover sólidos dissolvidos problemáticos, sólidos suspensos e material orgânico, tema que será abordado mais à frente.
Os processos específicos de tratamento variam dependendo das exigências da caldeira e da qualidade / química da água da alimentação e de makeup, mas um sistema típico de tratamento de água da alimentação de caldeiras inclui as seguintes etapas <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:
* Makeup da água;
* Coagulação e [[Wikipedia:Precipitação (química)|precipitação química]];
* [[Wikipedia:Filtração|Filtração]] e [[Wikipedia:Ultrafiltração|ultrafiltração]];
* ''[[Wikipedia:Softening|Softening]]'' da troca de iões;
* Dealcalinização;
* [[Wikipedia:Osmose inversa|Osmose inversa]] e [[Wikipedia:Nanofiltração|nanofiltração]];
* [[Wikipedia:Deaeration|Desaeração]] ou [[Wikipedia:Desgaseificação|desgaseificação]];
* Distribuição.

==Custos do sistema==
Os custos de um sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ser complexos de estimar, dependendo de vários fatores, como as várias pressões da caldeira, recomendações do fabricante e química da água de makeup, pois um tratamento inadequado da água pode levar à incrustação e à corrosão da caldeira e do equipamento a jusante. A qualidade da água da alimentação necessária para uma caldeira depende da pressão de operação da mesma em relação à quantidade de água que é processada por dia e com que velocidade, em [[Wikipedia:Galão|Galões Por Minuto (GPM)]], tal como observado na Tabela 1 <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
<center>
{| class="wikitable"
|+Tabela 1- Valor do sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras consoante a pressão utilizada <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
|-
!width="170"|Pressão das caldeiras
!width="400"|Valor ($)
|-
|- align="center"
|'''Baixa (< 600psi)'''
|50M - 100M (100GPM)
100M - 250M (se necessário o ''softener'' ou decalcalinizante)
|- align="center"
|'''Alta (≥ 600psi)'''
|500M - 1mM (100GPM)
1mM - 1.5mM (200GPM)
|}
</center>
De referir que, para determinadas pressões, existe um nível máximo de contaminantes que podem ser introduzidos na caldeira, e à medida que se aumenta a pressão na caldeira, torna-se mais crítico o tratamento completo da água <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Além da pressão, existem outros fatores importantes que poderão influenciar o preço do sistema, devendo a sua seleção ser feita com cuidado: a escolha da fonte de água da alimentação (da cidade, de efluentes tratados ou de poço) poderá minimizar as despesas de capital ([[Wikipedia:CAPEX|CAPEX – ''capital expenditure'']]) e de operação ([[Wikipedia:OPEX|OPEX – ''operational expenditure'']]); o planeamento do projeto e requisitos regulamentares representam 10 - 15% do custo total do projeto; as taxas de instalação que dependem do local onde é implementado o sistema, normalmente, custam 15 - 25% do projeto; o transporte do sistema para a planta que, além de depender da época em que é realizado, também varia consoante a distância da planta em relação à instalação de fabrico, reflete 5 - 10% do custo do projeto. Por exemplo, um sistema básico pode ter válvulas multiportas, tubulações de plástico e vasos de plástico, enquanto um sistema mais robusto requer revestimento de borracha e tubulações de aço inoxidável com ninhos de válvulas industriais. Estes fatores industriais podem aumentar o custo total do sistema em 50 - 100% <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Problemáticas comuns causadas pela água da alimentação==
Apesar de os problemas que surgem serem próprios de cada instalação, alguns deles são, tipicamente, recorrentes. Entre eles destacam-se a produção de lamas, o desenvolvimento de depósitos, a corrosão e a formação de espumas e ''priming'' <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''produção de lamas''' deve-se, essencialmente, à presença de sedimentos ou óleos. Os sólidos podem depositar em áreas com menor fluxo, formando-se uma camada isolante. Isto pode levar ao sobreaquecimento das tubagens e, eventualmente, ruturas. Utilizam-se métodos como a filtração, sedimentação e ''softening'' para lidar com o problema a montante. Caso haja passagem de lamas, é importante remover a camada que se forma nos tubos antes que esta endureça por ação do calor. Em caldeiras de baixa pressão, é possível usar condicionadores de lamas líquidos para que estas sejam removidas na purga <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''formação de depósitos''' resulta, como foi mencionado, da precipitação de impurezas que formam camadas extremamente duras. A melhor forma de lidar com o problema é evitá-lo. A água deve ser previamente submetida a tratamentos como osmose inversa, ''[[Wikipedia:Electrodeionization|electrodeionization]]'' e ''[[Wikipedia:Capacitive deionization|deionization]]'' <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''corrosão''' consiste na degradação do metal que constitui o equipamento, formando-se pontos de ''stress'' e fraturas que podem levar a ruturas. Este fenómeno ocorre preferencialmente nos pontos quentes da caldeira. A corrosão é fomentada pela presença de [[Wikipedia:Oxigénio|oxigénio]], [[Wikipedia:Dióxido de carbono|dióxido de carbono]] e [[Wikipedia:Cloro|cloro]] (em concentrações elevadas). O uso de ''[[Wikipedia:Scavenger (chemistry)|scavengers]]'' de oxigénio e desarejadores é comum para lidar com o problema, sendo também importante controlar o pH da água <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Frequentemente, a '''formação de espumas''' e '''''priming''''' são dois fenómenos que ocorrem simultaneamente. Quando há quantidades elevadas de sólidos dissolvidos na superfície da água, a evaporação leva à formação de bolhas destas impurezas (espuma) que podem ser arrastadas com o vapor (''priming''), causando problemas nos equipamentos a jusante e diminuindo a sua eficiência. Para resolver esta questão deve-se manter uma concentração de sólidos dissolvidos baixa e controlar a alcalinidade e o pH da água. Algumas técnicas frequentemente usadas são a filtração, a troca iónica e ''softening'' <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Alguns contaminantes e possíveis tratamentos==
Os principais objetivos do tratamento da água para alimentação das caldeiras é evitar a formação de espumas e depósitos, ''priming'' e a corrosão. Antes sequer de pensar nos tratamentos que serão feitos à água, é necessário escolher a fonte dessa mesma água que se quer o mais pura possível pelo menor preço, sendo a dicotomia preço / qualidade de extrema importância. Algumas das possíveis fontes são a água da rede, efluentes de ETAR’s, água proveniente de uma torre de refrigeração dentro da planta, lençóis de água subterrâneos e de superfície <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Na Tabela 2, encontra-se uma lista de contaminantes frequentemente encontrados na água e os respetivos tratamentos a usar, a fim de evitar os problemas que causam no equipamento.

==Referências==
{{reflist}}

[[Categoria:Utilidades industriais]]

Tratamento de Água da Alimentação de Caldeiras

2019-04-17T18:37:56Z

DiogoLucas:

Tratamento de Água da Alimentação de Caldeiras

2019-04-17T18:37:02Z

DiogoLucas:

Trabalho realizado por: Diogo Lucas e Joana Costa, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química.
Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

==Definição e funcionamento==
Atualmente, dos muitos usos da energia na indústria, nos transportes e nas residências, a maior parte da utilização total é direcionada para a produção de [[Wikipedia:Vapor|vapor]] através da oxidação de [[Wikipedia:Combustível fóssil|combustíveis fósseis]]. O tratamento de [[Wikipedia:Água|água]] para a geração de vapor é um dos ramos mais sofisticados da química da água. Uma compreensão, dos fundamentos da química da água da [[Wikipedia:Caldeira|caldeira]], é essencial para o engenheiro de energia que, continuamente, aumenta a eficiência das caldeiras e equipamentos que utilizam vapor <ref name=Kemmer1988>Kemmer, F. (1988). ''The NALCO Water Handbook''. Chapter 39: Boiler Water Treatment. 2ª Edição, Nalco Chemical Company. Nova Iorque.</ref>. As caldeiras são usadas numa vasta gama de aplicações, desde aquecedores de água quente a produção de vapor para turbinas de 1000MW em usinas de energia elétrica. O sistema de controlo vai-se tornando mais complexo à medida que a caldeira aumenta de dimensão <ref name=Metzger1992>Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.

Nas Figuras acima expostas encontram-se esquematizados um diagrama de blocos (Figura 1) e os equipamentos mais relevantes usados numa caldeira (Figura 2). Através da Figura 1 verifica-se que uma caldeira tem um objetivo essencial, que é a produção de vapor a uma [[Wikipedia:Pressão|pressão]] e [[Wikipedia:Temperatura|temperatura]] desejadas para um determinado processo e que, para se alcançar isso, são necessárias três correntes de alimentação básicas: [[Wikipedia:Combustível|combustível]] (carvão, gás natural, óleo combustível ou resíduos sólidos), água e [[Wikipedia:Combustão|gases de combustão]] <ref name=Metzger1992>Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.
O tratamento de água para alimentação de caldeiras industriais foca a remoção ou modificação química de substâncias potencialmente prejudiciais à caldeira <ref name=Kispotta2014>Kispotta, N., Sidar, D., Sen, P., Choudhary, G., Bohidar, S. (2014). Common Boiler Feed Water Treatment in the Industry [Versão eletrónica]. International Journal for Innovative Research in Science & Technology, 1: 59-62. Acedido a 15 de Fevereiro de 2019, em: http://www.ijirst.org/articles/IJIRSTV1I6046.pdf</ref>, devendo ser eficiente, bem projetado e constituído por várias tecnologias individuais, de modo a <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:
* '''Tratar''' eficientemente a água de alimentação da caldeira e '''remover''' impurezas prejudiciais, antes de entrar na caldeira;
* '''Promover''' o controlo da química interna da caldeira;
* '''Maximizar''' o uso de condensado de vapor;
* '''Controlar''' a corrosão da linha de retorno;
* '''Evitar''' o tempo de paragem e a falha da caldeira;
* '''Prolongar''' a vida útil do equipamento.
Assim, irá haver uma garantia, de que o tratamento implementado evite a ocorrência de problemas, como [[Wikipedia:Incrustação|incrustações]] e [[Wikipedia:Corrosão|corrosão]], prevenindo substituições / reparações dispendiosas no futuro <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Os sistemas de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ter tecnologias necessárias para remover sólidos dissolvidos problemáticos, sólidos suspensos e material orgânico, tema que será abordado mais à frente.
Os processos específicos de tratamento variam dependendo das exigências da caldeira e da qualidade / química da água da alimentação e de makeup, mas um sistema típico de tratamento de água da alimentação de caldeiras inclui as seguintes etapas <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:
* Makeup da água;
* Coagulação e [[Wikipedia:Precipitação (química)|precipitação química]];
* [[Wikipedia:Filtração|Filtração]] e [[Wikipedia:Ultrafiltração|ultrafiltração]];
* ''[[Wikipedia:Softening|Softening]]'' da troca de iões;
* Dealcalinização;
* [[Wikipedia:Osmose inversa|Osmose inversa]] e [[Wikipedia:Nanofiltração|nanofiltração]];
* [[Wikipedia:Deaeration|Desaeração]] ou [[Wikipedia:Desgaseificação|desgaseificação]];
* Distribuição.

==Custos do sistema==
Os custos de um sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ser complexos de estimar, dependendo de vários fatores, como as várias pressões da caldeira, recomendações do fabricante e química da água de makeup, pois um tratamento inadequado da água pode levar à incrustação e à corrosão da caldeira e do equipamento a jusante. A qualidade da água da alimentação necessária para uma caldeira depende da pressão de operação da mesma em relação à quantidade de água que é processada por dia e com que velocidade, em [[Wikipedia:Galão|Galões Por Minuto (GPM)]], tal como observado na Tabela 1 <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
<center>
{| class="wikitable"
|+Tabela 1- Valor do sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras consoante a pressão utilizada <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
|-
!width="170"|Pressão das caldeiras
!width="400"|Valor ($)
|-
|- align="center"
|'''Baixa (< 600psi)'''
|50M - 100M (100GPM)
100M - 250M (se necessário o ''softener'' ou decalcalinizante)
|- align="center"
|'''Alta (≥ 600psi)'''
|500M - 1mM (100GPM)
1mM - 1.5mM (200GPM)
|}
</center>
De referir que, para determinadas pressões, existe um nível máximo de contaminantes que podem ser introduzidos na caldeira, e à medida que se aumenta a pressão na caldeira, torna-se mais crítico o tratamento completo da água <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Além da pressão, existem outros fatores importantes que poderão influenciar o preço do sistema, devendo a sua seleção ser feita com cuidado: a escolha da fonte de água da alimentação (da cidade, de efluentes tratados ou de poço) poderá minimizar as despesas de capital ([[Wikipedia:CAPEX|CAPEX – ''capital expenditure'']]) e de operação ([[Wikipedia:OPEX|OPEX – ''operational expenditure'']]); o planeamento do projeto e requisitos regulamentares representam 10 - 15% do custo total do projeto; as taxas de instalação que dependem do local onde é implementado o sistema, normalmente, custam 15 - 25% do projeto; o transporte do sistema para a planta que, além de depender da época em que é realizado, também varia consoante a distância da planta em relação à instalação de fabrico, reflete 5 - 10% do custo do projeto. Por exemplo, um sistema básico pode ter válvulas multiportas, tubulações de plástico e vasos de plástico, enquanto um sistema mais robusto requer revestimento de borracha e tubulações de aço inoxidável com ninhos de válvulas industriais. Estes fatores industriais podem aumentar o custo total do sistema em 50 - 100% <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Problemáticas comuns causadas pela água da alimentação==
Apesar de os problemas que surgem serem próprios de cada instalação, alguns deles são, tipicamente, recorrentes. Entre eles destacam-se a produção de lamas, o desenvolvimento de depósitos, a corrosão e a formação de espumas e ''priming'' <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''produção de lamas''' deve-se, essencialmente, à presença de sedimentos ou óleos. Os sólidos podem depositar em áreas com menor fluxo, formando-se uma camada isolante. Isto pode levar ao sobreaquecimento das tubagens e, eventualmente, ruturas. Utilizam-se métodos como a filtração, sedimentação e ''softening'' para lidar com o problema a montante. Caso haja passagem de lamas, é importante remover a camada que se forma nos tubos antes que esta endureça por ação do calor. Em caldeiras de baixa pressão, é possível usar condicionadores de lamas líquidos para que estas sejam removidas na purga <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''formação de depósitos''' resulta, como foi mencionado, da precipitação de impurezas que formam camadas extremamente duras. A melhor forma de lidar com o problema é evitá-lo. A água deve ser previamente submetida a tratamentos como osmose inversa, ''[[Wikipedia:Electrodeionization|electrodeionization]]'' e ''[[Wikipedia:Capacitive deionization|deionization]]'' <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''corrosão''' consiste na degradação do metal que constitui o equipamento, formando-se pontos de ''stress'' e fraturas que podem levar a ruturas. Este fenómeno ocorre preferencialmente nos pontos quentes da caldeira. A corrosão é fomentada pela presença de [[Wikipedia:Oxigénio|oxigénio]], [[Wikipedia:Dióxido de carbono|dióxido de carbono]] e [[Wikipedia:Cloro|cloro]] (em concentrações elevadas). O uso de ''[[Wikipedia:Scavenger (chemistry)|scavengers]]'' de oxigénio e desarejadores é comum para lidar com o problema, sendo também importante controlar o pH da água <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Frequentemente, a '''formação de espumas''' e '''''priming''''' são dois fenómenos que ocorrem simultaneamente. Quando há quantidades elevadas de sólidos dissolvidos na superfície da água, a evaporação leva à formação de bolhas destas impurezas (espuma) que podem ser arrastadas com o vapor (''priming''), causando problemas nos equipamentos a jusante e diminuindo a sua eficiência. Para resolver esta questão deve-se manter uma concentração de sólidos dissolvidos baixa e controlar a alcalinidade e o pH da água. Algumas técnicas frequentemente usadas são a filtração, a troca iónica e ''softening'' <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Alguns contaminantes e possíveis tratamentos==
Os principais objetivos do tratamento da água para alimentação das caldeiras é evitar a formação de espumas e depósitos, ''priming'' e a corrosão. Antes sequer de pensar nos tratamentos que serão feitos à água, é necessário escolher a fonte dessa mesma água que se quer o mais pura possível pelo menor preço, sendo a dicotomia preço / qualidade de extrema importância. Algumas das possíveis fontes são a água da rede, efluentes de ETAR’s, água proveniente de uma torre de refrigeração dentro da planta, lençóis de água subterrâneos e de superfície <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Na Tabela 2, encontra-se uma lista de contaminantes frequentemente encontrados na água e os respetivos tratamentos a usar, a fim de evitar os problemas que causam no equipamento.

==Referências==
{{reflist}}

[[Categoria:Utilidades industriais]]

Tratamento de Água da Alimentação de Caldeiras

2019-04-17T18:33:30Z

DiogoLucas:

Trabalho realizado por: Diogo Lucas e Joana Costa, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química.
Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

==Definição e funcionamento==
Atualmente, dos muitos usos da energia na indústria, nos transportes e nas residências, a maior parte da utilização total é direcionada para a produção de [[Wikipedia:Vapor|vapor]] através da oxidação de [[Wikipedia:Combustível fóssil|combustíveis fósseis]]. O tratamento de [[Wikipedia:Água|água]] para a geração de vapor é um dos ramos mais sofisticados da química da água. Uma compreensão, dos fundamentos da química da água da [[Wikipedia:Caldeira|caldeira]], é essencial para o engenheiro de energia que, continuamente, aumenta a eficiência das caldeiras e equipamentos que utilizam vapor <ref name=Kemmer1988>Kemmer, F. (1988). ''The NALCO Water Handbook''. Chapter 39: Boiler Water Treatment. 2ª Edição, Nalco Chemical Company. Nova Iorque.</ref>. As caldeiras são usadas numa vasta gama de aplicações, desde aquecedores de água quente a produção de vapor para turbinas de 1000MW em usinas de energia elétrica. O sistema de controlo vai-se tornando mais complexo à medida que a caldeira aumenta de dimensão <ref name=Metzger1992>Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.

Nas Figuras acima expostas encontram-se esquematizados um diagrama de blocos (Figura 1) e os equipamentos mais relevantes usados numa caldeira (Figura 2). Através da Figura 1 verifica-se que uma caldeira tem um objetivo essencial, que é a produção de vapor a uma [[Wikipedia:Pressão|pressão]] e [[Wikipedia:Temperatura|temperatura]] desejadas para um determinado processo e que, para se alcançar isso, são necessárias três correntes de alimentação básicas: [[Wikipedia:Combustível|combustível]] (carvão, gás natural, óleo combustível ou resíduos sólidos), água e [[Wikipedia:Combustão|gases de combustão]] <ref name=Metzger1992>Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.
O tratamento de água para alimentação de caldeiras industriais foca a remoção ou modificação química de substâncias potencialmente prejudiciais à caldeira <ref name=Kispotta2014>Kispotta, N., Sidar, D., Sen, P., Choudhary, G., Bohidar, S. (2014). Common Boiler Feed Water Treatment in the Industry [Versão eletrónica]. International Journal for Innovative Research in Science & Technology, 1: 59-62. Acedido a 15 de Fevereiro de 2019, em: http://www.ijirst.org/articles/IJIRSTV1I6046.pdf</ref>, devendo ser eficiente, bem projetado e constituído por várias tecnologias individuais, de modo a <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:
* '''Tratar''' eficientemente a água de alimentação da caldeira e '''remover''' impurezas prejudiciais, antes de entrar na caldeira;
* '''Promover''' o controlo da química interna da caldeira;
* '''Maximizar''' o uso de condensado de vapor;
* '''Controlar''' a corrosão da linha de retorno;
* '''Evitar''' o tempo de paragem e a falha da caldeira;
* '''Prolongar''' a vida útil do equipamento.
Assim, irá haver uma garantia, de que o tratamento implementado evite a ocorrência de problemas, como [[Wikipedia:Incrustação|incrustações]] e [[Wikipedia:Corrosão|corrosão]], prevenindo substituições / reparações dispendiosas no futuro <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Os sistemas de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ter tecnologias necessárias para remover sólidos dissolvidos problemáticos, sólidos suspensos e material orgânico, tema que será abordado mais à frente.
Os processos específicos de tratamento variam dependendo das exigências da caldeira e da qualidade / química da água da alimentação e de makeup, mas um sistema típico de tratamento de água da alimentação de caldeiras inclui as seguintes etapas <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:
* Makeup da água;
* Coagulação e [[Wikipedia:Precipitação (química)|precipitação química]];
* [[Wikipedia:Filtração|Filtração]] e [[Wikipedia:Ultrafiltração|ultrafiltração]];
* ''[[Wikipedia:Softening|Softening]]'' da troca de iões;
* Dealcalinização;
* [[Wikipedia:Osmose inversa|Osmose inversa]] e [[Wikipedia:Nanofiltração|nanofiltração]];
* [[Wikipedia:Deaeration|Desaeração]] ou [[Wikipedia:Desgaseificação|desgaseificação]];
* Distribuição.

==Custos do sistema==
Os custos de um sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ser complexos de estimar, dependendo de vários fatores, como as várias pressões da caldeira, recomendações do fabricante e química da água de makeup, pois um tratamento inadequado da água pode levar à incrustação e à corrosão da caldeira e do equipamento a jusante. A qualidade da água da alimentação necessária para uma caldeira depende da pressão de operação da mesma em relação à quantidade de água que é processada por dia e com que velocidade, em [[Wikipedia:Galão|Galões Por Minuto (GPM)]], tal como observado na Tabela 1 <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
<center>
{| class="wikitable"
|+Tabela 1- Valor do sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras consoante a pressão utilizada <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
|-
!width="170"|Pressão das caldeiras
!width="400"|Valor ($)
|-
|- align="center"
|'''Baixa (< 600psi)'''
|50M - 100M (100GPM)
100M - 250M (se necessário o ''softener'' ou decalcalinizante)
|- align="center"
|'''Alta (≥ 600psi)'''
|500M - 1mM (100GPM)
1mM - 1.5mM (200GPM)
|}
</center>
De referir que, para determinadas pressões, existe um nível máximo de contaminantes que podem ser introduzidos na caldeira, e à medida que se aumenta a pressão na caldeira, torna-se mais crítico o tratamento completo da água <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Além da pressão, existem outros fatores importantes que poderão influenciar o preço do sistema, devendo a sua seleção ser feita com cuidado: a escolha da fonte de água da alimentação (da cidade, de efluentes tratados ou de poço) poderá minimizar as despesas de capital ([[Wikipedia:CAPEX|CAPEX – ''capital expenditure'']]) e de operação ([[Wikipedia:OPEX|OPEX – ''operational expenditure'']]); o planeamento do projeto e requisitos regulamentares representam 10 - 15% do custo total do projeto; as taxas de instalação que dependem do local onde é implementado o sistema, normalmente, custam 15 - 25% do projeto; o transporte do sistema para a planta que, além de depender da época em que é realizado, também varia consoante a distância da planta em relação à instalação de fabrico, reflete 5 - 10% do custo do projeto. Por exemplo, um sistema básico pode ter válvulas multiportas, tubulações de plástico e vasos de plástico, enquanto um sistema mais robusto requer revestimento de borracha e tubulações de aço inoxidável com ninhos de válvulas industriais. Estes fatores industriais podem aumentar o custo total do sistema em 50 - 100% <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Problemáticas comuns causadas pela água da alimentação==
Apesar de os problemas que surgem serem próprios de cada instalação, alguns deles são, tipicamente, recorrentes. Entre eles destacam-se a produção de lamas, o desenvolvimento de depósitos, a corrosão e a formação de espumas e ''priming'' <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''produção de lamas''' deve-se, essencialmente, à presença de sedimentos ou óleos. Os sólidos podem depositar em áreas com menor fluxo, formando-se uma camada isolante. Isto pode levar ao sobreaquecimento das tubagens e, eventualmente, ruturas. Utilizam-se métodos como a filtração, sedimentação e ''softening'' para lidar com o problema a montante. Caso haja passagem de lamas, é importante remover a camada que se forma nos tubos antes que esta endureça por ação do calor. Em caldeiras de baixa pressão, é possível usar condicionadores de lamas líquidos para que estas sejam removidas na purga <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''formação de depósitos''' resulta, como foi mencionado, da precipitação de impurezas que formam camadas extremamente duras. A melhor forma de lidar com o problema é evitá-lo. A água deve ser previamente submetida a tratamentos como osmose inversa, ''[[Wikipedia:Electrodeionization|electrodeionization]]'' e ''[[Wikipedia:Capacitive deionization|deionization]]'' <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''corrosão''' consiste na degradação do metal que constitui o equipamento, formando-se pontos de ''stress'' e fraturas que podem levar a ruturas. Este fenómeno ocorre preferencialmente nos pontos quentes da caldeira. A corrosão é fomentada pela presença de [[Wikipedia:Oxigénio|oxigénio]], [[Wikipedia:Dióxido de carbono|dióxido de carbono]] e [[Wikipedia:Cloro|cloro]] (em concentrações elevadas). O uso de ''[[Wikipedia:Scavenger (chemistry)|scavengers]]'' de oxigénio e desarejadores é comum para lidar com o problema, sendo também importante controlar o pH da água <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Frequentemente, a '''formação de espumas''' e '''''priming''''' são dois fenómenos que ocorrem simultaneamente. Quando há quantidades elevadas de sólidos dissolvidos na superfície da água, a evaporação leva à formação de bolhas destas impurezas (espuma) que podem ser arrastadas com o vapor (''priming''), causando problemas nos equipamentos a jusante e diminuindo a sua eficiência. Para resolver esta questão deve-se manter uma concentração de sólidos dissolvidos baixa e controlar a alcalinidade e o pH da água. Algumas técnicas frequentemente usadas são a filtração, a troca iónica e ''softening'' <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Alguns contaminantes e possíveis tratamentos==
Os principais objetivos do tratamento da água para alimentação das caldeiras é evitar a formação de espumas e depósitos, ''priming'' e a corrosão. Antes sequer de pensar nos tratamentos que serão feitos à água, é necessário escolher a fonte dessa mesma água que se quer o mais pura possível pelo menor preço, sendo a dicotomia preço / qualidade de extrema importância. Algumas das possíveis fontes são a água da rede, efluentes de ETAR’s, água proveniente de uma torre de refrigeração dentro da planta, lençóis de água subterrâneos e de superfície <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Na Tabela 2, encontra-se uma lista de contaminantes frequentemente encontrados na água e os respetivos tratamentos a usar, a fim de evitar os problemas que causam no equipamento.

==Referências==
{{reflist}}

[[Categoria:Utilidades industriais]]

Tratamento de Água da Alimentação de Caldeiras

2019-04-17T18:03:45Z

DiogoLucas:

Trabalho realizado por: Diogo Lucas e Joana Costa, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química.
Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018 / 2019.

==Definição e funcionamento==
Atualmente, dos muitos usos da energia na indústria, nos transportes e nas residências, a maior parte da utilização total é direcionada para a produção de [[Wikipedia:Vapor|vapor]] através da oxidação de [[Wikipedia:Combustível fóssil|combustíveis fósseis]]. O tratamento de [[Wikipedia:Água|água]] para a geração de vapor é um dos ramos mais sofisticados da química da água. Uma compreensão, dos fundamentos da química da água da [[Wikipedia:Caldeira|caldeira]], é essencial para o engenheiro de energia que, continuamente, aumenta a eficiência das caldeiras e equipamentos que utilizam vapor <ref name=Kemmer1988>Kemmer, F. (1988). ''The NALCO Water Handbook''. Chapter 39: Boiler Water Treatment. 2ª Edição, Nalco Chemical Company. Nova Iorque.</ref>. As caldeiras são usadas numa vasta gama de aplicações, desde aquecedores de água quente a produção de vapor para turbinas de 1000MW em usinas de energia elétrica. O sistema de controlo vai-se tornando mais complexo à medida que a caldeira aumenta de dimensão <ref name=Metzger1992>Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.

Nas Figuras acima expostas encontram-se esquematizados um diagrama de blocos (Figura 1) e os equipamentos mais relevantes usados numa caldeira (Figura 2). Através da Figura 1 verifica-se que uma caldeira tem um objetivo essencial, que é a produção de vapor a uma [[Wikipedia:Pressão|pressão]] e [[Wikipedia:Temperatura|temperatura]] desejadas para um determinado processo e que, para se alcançar isso, são necessárias três correntes de alimentação básicas: [[Wikipedia:Combustível|combustível]] (carvão, gás natural, óleo combustível ou resíduos sólidos), água e [[Wikipedia:Combustão|gases de combustão]] <ref name=Metzger1992>Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.
O tratamento de água para alimentação de caldeiras industriais foca a remoção ou modificação química de substâncias potencialmente prejudiciais à caldeira <ref name=Kispotta2014>Kispotta, N., Sidar, D., Sen, P., Choudhary, G., Bohidar, S. (2014). Common Boiler Feed Water Treatment in the Industry [Versão eletrónica]. International Journal for Innovative Research in Science & Technology, 1: 59-62. Acedido a 15 de Fevereiro de 2019, em: http://www.ijirst.org/articles/IJIRSTV1I6046.pdf</ref>, devendo ser eficiente, bem projetado e constituído por várias tecnologias individuais, de modo a <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:
* '''Tratar''' eficientemente a água de alimentação da caldeira e '''remover''' impurezas prejudiciais, antes de entrar na caldeira;
* '''Promover''' o controlo da química interna da caldeira;
* '''Maximizar''' o uso de condensado de vapor;
* '''Controlar''' a corrosão da linha de retorno;
* '''Evitar''' o tempo de paragem e a falha da caldeira;
* '''Prolongar''' a vida útil do equipamento.
Assim, irá haver uma garantia, de que o tratamento implementado evite a ocorrência de problemas, como [[Wikipedia:Incrustação|incrustações]] e [[Wikipedia:Corrosão|corrosão]], prevenindo substituições / reparações dispendiosas no futuro <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Os sistemas de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ter tecnologias necessárias para remover sólidos dissolvidos problemáticos, sólidos suspensos e material orgânico, tema que será abordado mais à frente.
Os processos específicos de tratamento variam dependendo das exigências da caldeira e da qualidade / química da água da alimentação e de makeup, mas um sistema típico de tratamento de água da alimentação de caldeiras inclui as seguintes etapas <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:
* Makeup da água;
* Coagulação e [[Wikipedia:Precipitação (química)|precipitação química]];
* [[Wikipedia:Filtração|Filtração]] e [[Wikipedia:Ultrafiltração|ultrafiltração]];
* ''[[Wikipedia:Softening|Softening]]'' da troca de iões;
* Dealcalinização;
* [[Wikipedia:Osmose inversa|Osmose inversa]] e [[Wikipedia:Nanofiltração|nanofiltração]];
* [[Wikipedia:Deaeration|Desaeração]] ou [[Wikipedia:Desgaseificação|desgaseificação]];
* Distribuição.

==Custos do sistema==
Os custos de um sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ser complexos de estimar, dependendo de vários fatores, como as várias pressões da caldeira, recomendações do fabricante e química da água de makeup, pois um tratamento inadequado da água pode levar à incrustação e à corrosão da caldeira e do equipamento a jusante. A qualidade da água da alimentação necessária para uma caldeira depende da pressão de operação da mesma em relação à quantidade de água que é processada por dia e com que velocidade, em [[Wikipedia:Galão|Galões Por Minuto (GPM)]], tal como observado na Tabela 1 <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
<center>
{| class="wikitable"
|+Tabela 1- Valor do sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras consoante a pressão utilizada <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
|-
!width="170"|Pressão das caldeiras
!width="400"|Valor ($)
|-
|- align="center"
|'''Baixa (< 600psi)'''
|50M - 100M (100GPM)
100M - 250M (se necessário o ''softener'' ou decalcalinizante)
|- align="center"
|'''Alta (≥ 600psi)'''
|500M - 1mM (100GPM)
1mM - 1.5mM (200GPM)
|}
</center>
De referir que, para determinadas pressões, existe um nível máximo de contaminantes que podem ser introduzidos na caldeira, e à medida que se aumenta a pressão na caldeira, torna-se mais crítico o tratamento completo da água <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Além da pressão, existem outros fatores importantes que poderão influenciar o preço do sistema, devendo a sua seleção ser feita com cuidado: a escolha da fonte de água da alimentação (da cidade, de efluentes tratados ou de poço) poderá minimizar as despesas de capital ([[Wikipedia:CAPEX|CAPEX – ''capital expenditure'']]) e de operação ([[Wikipedia:OPEX|OPEX – ''operational expenditure'']]); o planeamento do projeto e requisitos regulamentares representam 10 - 15% do custo total do projeto; as taxas de instalação que dependem do local onde é implementado o sistema, normalmente, custam 15 - 25% do projeto; o transporte do sistema para a planta que, além de depender da época em que é realizado, também varia consoante a distância da planta em relação à instalação de fabrico, reflete 5 - 10% do custo do projeto. Por exemplo, um sistema básico pode ter válvulas multiportas, tubulações de plástico e vasos de plástico, enquanto um sistema mais robusto requer revestimento de borracha e tubulações de aço inoxidável com ninhos de válvulas industriais. Estes fatores industriais podem aumentar o custo total do sistema em 50 - 100% <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Problemáticas comuns causadas pela água da alimentação==
Apesar de os problemas que surgem serem próprios de cada instalação, alguns deles são, tipicamente, recorrentes. Entre eles destacam-se a produção de lamas, o desenvolvimento de depósitos, a corrosão e a formação de espumas e ''priming'' <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''produção de lamas''' deve-se, essencialmente, à presença de sedimentos ou óleos. Os sólidos podem depositar em áreas com menor fluxo, formando-se uma camada isolante. Isto pode levar ao sobreaquecimento das tubagens e, eventualmente, ruturas. Utilizam-se métodos como a filtração, sedimentação e ''softening'' para lidar com o problema a montante. Caso haja passagem de lamas, é importante remover a camada que se forma nos tubos antes que esta endureça por ação do calor. Em caldeiras de baixa pressão, é possível usar condicionadores de lamas líquidos para que estas sejam removidas na purga <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''formação de depósitos''' resulta, como foi mencionado, da precipitação de impurezas que formam camadas extremamente duras. A melhor forma de lidar com o problema é evitá-lo. A água deve ser previamente submetida a tratamentos como osmose inversa, ''[[Wikipedia:Electrodeionization|electrodeionization]]'' e ''[[Wikipedia:Capacitive deionization|deionization]]'' <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

A '''corrosão''' consiste na degradação do metal que constitui o equipamento, formando-se pontos de ''stress'' e fraturas que podem levar a ruturas. Este fenómeno ocorre preferencialmente nos pontos quentes da caldeira. A corrosão é fomentada pela presença de oxigénio, dióxido de carbono e cloro (em concentrações elevadas). O uso de ''[[Wikipedia:Scavenger (chemistry)|scavengers]]'' de oxigénio e desarejadores é comum para lidar com o problema, sendo também importante controlar o pH da água <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

Frequentemente, a '''formação de espumas''' e '''''priming''''' são dois fenómenos que ocorrem simultaneamente. Quando há quantidades elevadas de sólidos dissolvidos na superfície da água, a evaporação leva à formação de bolhas destas impurezas (espuma) que podem ser arrastadas com o vapor (''priming''), causando problemas nos equipamentos a jusante e diminuindo a sua eficiência. Para resolver esta questão deve-se manter uma concentração de sólidos dissolvidos baixa e controlar a alcalinidade e o pH da água. Algumas técnicas frequentemente usadas são a filtração, a troca iónica e ''softening'' <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Alguns contaminantes e possíveis tratamentos==
Os principais objetivos do tratamento da água para alimentação das caldeiras é evitar a formação de espumas e depósitos, ''priming'' e a corrosão. Antes sequer de pensar nos tratamentos que serão feitos à água, é necessário escolher a fonte dessa mesma água que se quer o mais pura possível pelo menor preço, sendo a dicotomia preço / qualidade de extrema importância. Algumas das possíveis fontes são a água da rede, efluentes de ETAR’s, água proveniente de uma torre de refrigeração dentro da planta, lençóis de água subterrâneos e de superfície <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Na Tabela 2, encontra-se uma lista de contaminantes frequentemente encontrados na água e os respetivos tratamentos a usar, a fim de evitar os problemas que causam no equipamento.

==Referências==
{{reflist}}

[[Categoria:Utilidades industriais]]

Tratamento de Água da Alimentação de Caldeiras

2019-04-17T17:35:53Z

DiogoLucas:

Trabalho realizado por: Diogo Lucas e Joana Costa, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química.
Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018/2019.

==Definição e funcionamento==
Atualmente, dos muitos usos da energia na indústria, nos transportes e nas residências, a maior parte da utilização total é direcionada para a produção de [[Wikipedia:Vapor|vapor]] através da oxidação de [[Wikipedia:Combustível fóssil|combustíveis fósseis]]. O tratamento de [[Wikipedia:Água|água]] para a geração de vapor é um dos ramos mais sofisticados da química da água. Uma compreensão, dos fundamentos da química da água da [[Wikipedia:Caldeira|caldeira]], é essencial para o engenheiro de energia que, continuamente, aumenta a eficiência das caldeiras e equipamentos que utilizam vapor <ref name=Kemmer1988>Kemmer, F. (1988). ''The NALCO Water Handbook''. Chapter 39: Boiler Water Treatment. 2ª Edição, Nalco Chemical Company. Nova Iorque.</ref>. As caldeiras são usadas numa vasta gama de aplicações, desde aquecedores de água quente a produção de vapor para turbinas de 1000MW em usinas de energia elétrica. O sistema de controlo vai-se tornando mais complexo à medida que a caldeira aumenta de dimensão <ref name=Metzger1992>Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.

Nas Figuras acima expostas encontram-se esquematizados um diagrama de blocos (Figura 1) e os equipamentos mais relevantes usados numa caldeira (Figura 2). Através da Figura 1 verifica-se que uma caldeira tem um objetivo essencial, que é a produção de vapor a uma pressão e temperatura desejadas para um determinado processo e que, para se alcançar isso, são necessárias três correntes de alimentação básicas: [[Wikipedia:Combustível|combustível]] (carvão, gás natural, óleo combustível ou resíduos sólidos), água e [[Wikipedia:Combustão|gases de combustão]] <ref name=Metzger1992>Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.
O tratamento de água para alimentação de caldeiras industriais foca a remoção ou modificação química de substâncias potencialmente prejudiciais à caldeira <ref name=Kispotta2014>Kispotta, N., Sidar, D., Sen, P., Choudhary, G., Bohidar, S. (2014). Common Boiler Feed Water Treatment in the Industry [Versão eletrónica]. International Journal for Innovative Research in Science & Technology, 1: 59-62. Acedido a 15 de Fevereiro de 2019, em: http://www.ijirst.org/articles/IJIRSTV1I6046.pdf</ref>, devendo ser eficiente, bem projetado e constituído por várias tecnologias individuais, de modo a <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:
* '''Tratar''' eficientemente a água de alimentação da caldeira e '''remover''' impurezas prejudiciais, antes de entrar na caldeira;
* '''Promover''' o controlo da química interna da caldeira;
* '''Maximizar''' o uso de condensado de vapor;
* '''Controlar''' a corrosão da linha de retorno;
* '''Evitar''' o tempo de paragem e a falha da caldeira;
* '''Prolongar''' a vida útil do equipamento.
Assim, irá haver uma garantia, de que o tratamento implementado evite a ocorrência de problemas, como [[Incrustação|incrustações]] e [[Corrosão|corrosão]], prevenindo substituições / reparações dispendiosas no futuro <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Os sistemas de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ter tecnologias necessárias para remover sólidos dissolvidos problemáticos, sólidos suspensos e material orgânico, tema que será abordado mais à frente.
Os processos específicos de tratamento variam dependendo das exigências da caldeira e da qualidade / química da água da alimentação e de makeup, mas um sistema típico de tratamento de água da alimentação de caldeiras inclui as seguintes etapas <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:
* Makeup da água;
* Coagulação e [[Wikipedia:Precipitação (química)|precipitação química]];
* [[Wikipedia:Filtração|Filtração]] e [[Wikipedia:Ultrafiltração|ultrafiltração]];
* ''[[Wikipedia:Softening|Softening]]'' da troca de iões;
* Dealcalinização;
* [[Wikipedia:Osmose inversa|Osmose inversa]] e [[Wikipedia:Nanofiltração|nanofiltração]];
* [[Wikipedia:Deaeration|Desaeração]] ou [[Wikipedia:Desgaseificação|desgaseificação]];
* Distribuição.

==Custos do sistema==
Os custos de um sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ser complexos de estimar, dependendo de vários fatores, como as várias pressões da caldeira, recomendações do fabricante e química da água de makeup, pois um tratamento inadequado da água pode levar à incrustação e à corrosão da caldeira e do equipamento a jusante. A qualidade da água da alimentação necessária para uma caldeira depende da pressão de operação da mesma em relação à quantidade de água que é processada por dia e com que velocidade, em [[Galão|Galões Por Minuto (GPM)]], tal como observado na Tabela 1 <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
{| class="wikitable"
|+Tabela 1- Valor do sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras consoante a pressão utilizada [5].
|-
!width="170"|Pressão das caldeiras
!width="350"|Valor ()
|-
|- align="center"
|align="left"| '''Baixa (< 600psi)'''
|50M - 100M (100GPM)
100M - 250M (se necessário o “softener” ou decalcalinizante)
|- align="center"
|align="left"|'''Alta (≥ 600psi)'''
|500M - 1mM (100GPM)
1mM - 1.5mM (200GPM)
|}
De referir que, para determinadas pressões, existe um nível máximo de contaminantes que podem ser introduzidos na caldeira, e à medida que se aumenta a pressão na caldeira, torna-se mais crítico o tratamento completo da água <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Além da pressão, existem outros fatores importantes que poderão influenciar o preço do sistema, devendo a sua seleção ser feita com cuidado: a escolha da fonte de água da alimentação (da cidade, de efluentes tratados ou de poço) poderá minimizar as despesas de capital [[CAPEX|(CAPEX – ''capital expenditure'')]] e de operação [[OPEX|(OPEX – ''operational expenditure'')]]; o planeamento do projeto e requisitos regulamentares representam 10 - 15% do custo total do projeto; as taxas de instalação que dependem do local onde é implementado o sistema, normalmente, custam 15 - 25% do projeto; o transporte do sistema para a planta que, além de depender da época em que é realizado, também varia consoante a distância da planta em relação à instalação de fabrico, reflete 5 - 10% do custo do projeto. Por exemplo, um sistema básico pode ter válvulas multiportas, tubulações de plástico e vasos de plástico, enquanto um sistema mais robusto requer revestimento de borracha e tubulações de aço inoxidável com ninhos de válvulas industriais. Estes fatores industriais podem aumentar o custo total do sistema em 50 - 100% <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Problemáticas comuns causadas pela água da alimentação==
Apesar de os problemas que surgem serem próprios de cada instalação, alguns deles são, tipicamente, recorrentes. Entre eles destacam-se a produção de lamas, o desenvolvimento de depósitos, a corrosão e a formação de espumas e “priming” <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
A ''produção de lamas'' deve-se, essencialmente, à presença de sedimentos ou óleos. Os sólidos podem depositar em áreas com menor fluxo, formando-se uma camada isolante. Isto pode levar ao sobreaquecimento das tubagens e, eventualmente, ruturas. Utilizam-se métodos como a filtração, sedimentação e “softening” para lidar com o problema a montante. Caso haja passagem de lamas, é importante remover a camada que se forma nos tubos antes que esta endureça por ação do calor. Em caldeiras de baixa pressão, é possível usar condicionadores de lamas líquidos para que estas sejam removidas na purga <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
A ''formação de depósitos'' resulta, como foi mencionado, da precipitação de impurezas que formam camadas extremamente duras. A melhor forma de lidar com o problema é evitá-lo. A água deve ser previamente submetida a tratamentos como osmose inversa, “electrodeionization” e “deionization” <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
A ''corrosão'' consiste na degradação do metal que constitui o equipamento, formando-se pontos de “stress” e fraturas que podem levar a ruturas. Este fenómeno ocorre preferencialmente nos pontos quentes da caldeira. A corrosão é fomentada pela presença de oxigénio, dióxido de carbono e cloro (em concentrações elevadas). O uso de “scavengers” de oxigénio e desarejadores é comum para lidar com o problema, sendo também importante controlar o pH da água <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Frequentemente, a ''formação de espumas'' e ''''priming'''' são dois fenómenos que ocorrem simultaneamente. Quando há quantidades elevadas de sólidos dissolvidos na superfície da água, a evaporação leva à formação de bolhas destas impurezas (espuma) que podem ser arrastadas com o vapor (“priming”), causando problemas nos equipamentos a jusante e diminuindo a sua eficiência. Para resolver esta questão deve-se manter uma concentração de sólidos dissolvidos baixa e controlar a alcalinidade e o pH da água. Algumas técnicas frequentemente usadas são a filtração, a troca iónica e “softening” <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Alguns contaminantes e possíveis tratamentos==
Os principais objetivos do tratamento da água para alimentação das caldeiras é evitar a formação de espumas e depósitos, ''priming'' e a corrosão. Antes sequer de pensar nos tratamentos que serão feitos à água, é necessário escolher a fonte dessa mesma água que se quer o mais pura possível pelo menor preço, sendo a dicotomia preço / qualidade de extrema importância. Algumas das possíveis fontes são a água da rede, efluentes de ETAR’s, água proveniente de uma torre de refrigeração dentro da planta, lençóis de água subterrâneos e de superfície <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Na Tabela 2, encontra-se uma lista de contaminantes frequentemente encontrados na água e os respetivos tratamentos a usar, a fim de evitar os problemas que causam no equipamento.

==Referências==
{{reflist}}

[[Categoria:Utilidades industriais]]

Tratamento de Água da Alimentação de Caldeiras

2019-04-17T17:13:49Z

DiogoLucas:

Trabalho realizado por: Diogo Lucas e Joana Costa, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Química.
Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2018/2019.

==Definição e funcionamento==
Atualmente, dos muitos usos da energia na indústria, nos transportes e nas residências, a maior parte da utilização total é direcionada para a produção de vapor através da oxidação de combustíveis fósseis. O tratamento de água para a geração de vapor é um dos ramos mais sofisticados da química da água. Uma compreensão, dos fundamentos da química da água da caldeira, é essencial para o engenheiro de energia que, continuamente, aumenta a eficiência das caldeiras e equipamentos que utilizam vapor <ref name=Kemmer1988>Kemmer, F. (1988). ''The NALCO Water Handbook''. Chapter 39: Boiler Water Treatment. 2ª Edição, Nalco Chemical Company. Nova Iorque.</ref>. As caldeiras são usadas numa vasta gama de aplicações, desde aquecedores de água quente a produção de vapor para turbinas de 1000MW em usinas de energia elétrica. O sistema de controlo vai-se tornando mais complexo à medida que a caldeira aumenta de dimensão <ref name=Metzger1992>Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.

Nas Figuras acima expostas encontram-se esquematizados um diagrama de blocos (Figura 1) e os equipamentos mais relevantes usados numa caldeira (Figura 2). Através da Figura 1 verifica-se que uma caldeira tem um objetivo essencial, que é a produção de vapor a uma pressão e temperatura desejadas para um determinado processo e que, para se alcançar isso, são necessárias três correntes de alimentação básicas: combustível (carvão, gás natural, óleo combustível ou resíduos sólidos), água e gases de combustão <ref name=Metzger1992>Metzger, A. (1992). ''Boiler Feedwater Control''. Application Note 83400, Woodward. Colorado.</ref>.
O tratamento de água para alimentação de caldeiras industriais foca a remoção ou modificação química de substâncias potencialmente prejudiciais à caldeira <ref name=Kispotta2014>Kispotta, N., Sidar, D., Sen, P., Choudhary, G., Bohidar, S. (2014). Common Boiler Feed Water Treatment in the Industry [Versão eletrónica]. International Journal for Innovative Research in Science & Technology, 1: 59-62. Acedido a 15 de Fevereiro de 2019, em: http://www.ijirst.org/articles/IJIRSTV1I6046.pdf</ref>, devendo ser eficiente, bem projetado e constituído por várias tecnologias individuais, de modo a <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:
* '''Tratar''' eficientemente a água de alimentação da caldeira e '''remover''' impurezas prejudiciais, antes de entrar na caldeira;
* '''Promover''' o controlo da química interna da caldeira;
* '''Maximizar''' o uso de condensado de vapor;
* '''Controlar''' a corrosão da linha de retorno;
* '''Evitar''' o tempo de paragem e a falha da caldeira;
* '''Prolongar''' a vida útil do equipamento.
Assim, irá haver uma garantia, de que o tratamento implementado evite a ocorrência de problemas, como incrustações e corrosão, prevenindo substituições / reparações dispendiosas no futuro <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Os sistemas de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ter tecnologias necessárias para remover sólidos dissolvidos problemáticos, sólidos suspensos e material orgânico, tema que será abordado mais à frente.
Os processos específicos de tratamento variam dependendo das exigências da caldeira e da qualidade / química da água da alimentação e de makeup, mas um sistema típico de tratamento de água da alimentação de caldeiras inclui as seguintes etapas <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>:
* Makeup da água;
* Coagulação e [[Precipitação (química)|precipitação química]];
* [[Filtração]] e [[Ultrafiltração|ultrafiltração]];
* ''[[Softening]]'' da troca de iões;
* Dealcalinização;
* [[Osmose inversa]] e [[Nanofiltração|nanofiltração]];
* [[Deaeration|Desaeração]] ou [[Desgaseificação|desgaseificação]];
* Distribuição.

==Custos do sistema==
Os custos de um sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras podem ser complexos de estimar, dependendo de vários fatores, como as várias pressões da caldeira, recomendações do fabricante e química da água de makeup, pois um tratamento inadequado da água pode levar à incrustação e à corrosão da caldeira e do equipamento a jusante. A qualidade da água da alimentação necessária para uma caldeira depende da pressão de operação da mesma em relação à quantidade de água que é processada por dia e com que velocidade, em Galões Por Minuto (GPM), tal como observado na Tabela 1 <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
{| class="wikitable"
|+Tabela 1- Valor do sistema de tratamento de água da alimentação de caldeiras consoante a pressão utilizada [5].
|-
!width="170"|Pressão das caldeiras
!width="350"|Valor ()
|-
|- align="center"
|align="left"| '''Baixa (< 600psi)'''
|50M - 100M (100GPM)
100M - 250M (se necessário o “softener” ou decalcalinizante)
|- align="center"
|align="left"|'''Alta (≥ 600psi)'''
|500M - 1mM (100GPM)
1mM - 1.5mM (200GPM)
|}
De referir que, para determinadas pressões, existe um nível máximo de contaminantes que podem ser introduzidos na caldeira, e à medida que se aumenta a pressão na caldeira, torna-se mais crítico o tratamento completo da água <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Além da pressão, existem outros fatores importantes que poderão influenciar o preço do sistema, devendo a sua seleção ser feita com cuidado: a escolha da fonte de água da alimentação (da cidade, de efluentes tratados ou de poço) poderá minimizar as despesas de capital (CAPEX – “capital expenditure”) e de operação (OPEX – “operational expenditure”); o planeamento do projeto e requisitos regulamentares representam 10 - 15% do custo total do projeto; as taxas de instalação que dependem do local onde é implementado o sistema, normalmente, custam 15 - 25% do projeto; o transporte do sistema para a planta que, além de depender da época em que é realizado, também varia consoante a distância da planta em relação à instalação de fabrico, reflete 5 - 10% do custo do projeto. Por exemplo, um sistema básico pode ter válvulas multiportas, tubulações de plástico e vasos de plástico, enquanto um sistema mais robusto requer revestimento de borracha e tubulações de aço inoxidável com ninhos de válvulas industriais. Estes fatores industriais podem aumentar o custo total do sistema em 50 - 100% <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Problemáticas comuns causadas pela água da alimentação==
Apesar de os problemas que surgem serem próprios de cada instalação, alguns deles são, tipicamente, recorrentes. Entre eles destacam-se a produção de lamas, o desenvolvimento de depósitos, a corrosão e a formação de espumas e “priming” <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
A ''produção de lamas'' deve-se, essencialmente, à presença de sedimentos ou óleos. Os sólidos podem depositar em áreas com menor fluxo, formando-se uma camada isolante. Isto pode levar ao sobreaquecimento das tubagens e, eventualmente, ruturas. Utilizam-se métodos como a filtração, sedimentação e “softening” para lidar com o problema a montante. Caso haja passagem de lamas, é importante remover a camada que se forma nos tubos antes que esta endureça por ação do calor. Em caldeiras de baixa pressão, é possível usar condicionadores de lamas líquidos para que estas sejam removidas na purga <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
A ''formação de depósitos'' resulta, como foi mencionado, da precipitação de impurezas que formam camadas extremamente duras. A melhor forma de lidar com o problema é evitá-lo. A água deve ser previamente submetida a tratamentos como osmose inversa, “electrodeionization” e “deionization” <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
A ''corrosão'' consiste na degradação do metal que constitui o equipamento, formando-se pontos de “stress” e fraturas que podem levar a ruturas. Este fenómeno ocorre preferencialmente nos pontos quentes da caldeira. A corrosão é fomentada pela presença de oxigénio, dióxido de carbono e cloro (em concentrações elevadas). O uso de “scavengers” de oxigénio e desarejadores é comum para lidar com o problema, sendo também importante controlar o pH da água <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Frequentemente, a ''formação de espumas'' e ''''priming'''' são dois fenómenos que ocorrem simultaneamente. Quando há quantidades elevadas de sólidos dissolvidos na superfície da água, a evaporação leva à formação de bolhas destas impurezas (espuma) que podem ser arrastadas com o vapor (“priming”), causando problemas nos equipamentos a jusante e diminuindo a sua eficiência. Para resolver esta questão deve-se manter uma concentração de sólidos dissolvidos baixa e controlar a alcalinidade e o pH da água. Algumas técnicas frequentemente usadas são a filtração, a troca iónica e “softening” <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.

==Alguns contaminantes e possíveis tratamentos==
Os principais objetivos do tratamento da água para alimentação das caldeiras é evitar a formação de espumas e depósitos, “priming” e a corrosão. Antes sequer de pensar nos tratamentos que serão feitos à água, é necessário escolher a fonte dessa mesma água que se quer o mais pura possível pelo menor preço, sendo a dicotomia preço / qualidade de extrema importância. Algumas das possíveis fontes são a água da rede, efluentes de ETAR’s, água proveniente de uma torre de refrigeração dentro da planta, lençóis de água subterrâneos e de superfície <ref name=Samco2016>SAMCO (2016). All You Need To Know About Boiler Feed Water Treatment. Acedido a 16 de Fevereiro de 2019, em: https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2531874/ebooks/All%20You%20Need%20to%20Know%20About%20Boiler%20Feed%20Water%20Treatment%20e-book-1.pdf</ref>.
Na Tabela 2, encontra-se uma lista de contaminantes frequentemente encontrados na água e os respetivos tratamentos a usar, a fim de evitar os problemas que causam no equipamento.

==Referências==
{{reflist}}

[[Categoria:Utilidades industriais]]

Tratamento de Água da Alimentação de Caldeiras

2019-04-17T16:47:46Z

DiogoLucas: Criou a página com "Trabalho realizado por: Diogo Lucas e Joana Costa, no âmbito da unidade curricular de Integração e Intensificação de Processos, do Mestrado Integrado em Engenharia Quí..."