Mostrar código-fonte de Tratamento de Água da Alimentação de Caldeiras

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]]