estação tratamento agua

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(Parte 1 de 3)

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A intenção de realizar esta apostila, foi de reunir informações básicas no que se refere aos vários do tratamento de águas utilizados nos geradores de vapor e sistemas de refrigeração.

Espero que os itens mencionados sejam de grande ajuda no dia a dia do tratamento de águas.

Químico Caio César Guedes de Carvalho Divisão Tratamento de Águas

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A água tem sido vital ao homem e a natureza desde o inicio, toda a vida animal e vegetal da terra seguem o ciclo básico, através de evaporação, condensação e chuva. Correndo através da superfície terrestre esta traz consigo as impurezas as quais nos preocupam nos Tratamentos Industriais.

PRINCIPAIS IMPURESAS Sais Dissolvidos

CaCL2, CaSO4, CaCO3 Dureza Permanente Ca(HCO3)2 Dureza Temporária

NaCL, Na2SO4, Al(SO4)3, Fe2O3, FeO, NaSiO3, SiO2 Gases Dissolvidos

O2 - Oxigênio CO2 - Dióxido de Carbono

NH3 - Amônia SO3 - Trioxido de Enxofre H2S - Gás Sulfidrico SO2 - Dióxido de Enxofre

Material suspenso

- Sílica Coloidal - Ferro Insolúvel

- Poeira

- Fuligem

- Matéria Orgânica

A medida que a água percorre seu ciclo absorve impurezas, dissolvendo gases e absorvendo matéria solúvel contida na atmosfera. Existem vários compostos na superfície terrestre, que podem ser dissolvidos pela água que cai sobre ela ou que através dela se filtram.

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Os compostos inorgânicos solúveis mais freqüentes encontrados nas águas industriais são:

Ca(HCO3)2 Mg(HCO3)2 NaHCO3 Fé(HCO3)2 CaCl2 SiO2 NaSiO3 Na2SiO3 Na2SO4

O nosso sistema de tratamento de água utiliza métodos para combater e eliminar esses compostos.

Nos compostos ( substancias ) químicas acima apresentados encontramos, sais, óxidos, gases, que em contato com a água solubilizam-se gerando íons positivos ( Ca+2, Mg+2, Fé+3 ) e negativos ( HCO3-, CO3-, SO4-2, OH- ) , e dentre este destacam-se os íons que chamamos de dureza e alcalinidade que veremos a seguir.

A dureza da água e causada pela presença dos íons de cálcio e magnésio principalmente. Todos os íons formadores de dureza combinam-se com soluções de sabão, gerando sabões insolúveis em água.

A dureza é chamada temporária quando os sais de cálcio e magnésio encontram- se na forma de bicarbonatos, que na presença do calor decompõem-se em carbonatos, precipitando-se por serem pouco solúveis.

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A dureza é chamada de permanente quando não sofre alteração pela ação do calor, não decompondo-se e portanto não havendo precipitação. Os sais mais comums responsáveis por esse tipo de dureza são: - Sulfato de cálcio ou magnésio

- Cloreto de cálcio ou magnésio

Geralmente a alcalinidade em muitas águas naturais são causadas pela dissolução de sais de bicarbonatos que vem da dissolução de CO2 pela água da chuva em contato com a superfície terrestre.

Existem dois tipos de alcalinidade a M gerada entre pH 4.2 e 4.4 e a P gerada entre pH 8.2 e 8.2.

Um balanço H CO3 , CO3 e OH baseado na alcalinidade M pode ser facilmente calculando e colocando sob forma resumida como mostra o quadro abaixo:

Quando OH CO3 HCO3 P = 0 0 0 M

P = M 0 2P 0 pH acima de 9,8 -10

P > M/22P-M 2(M-P) 0

pH abaixo de 9,8 -10

P > M/20 2P M-2P

Distribuição de CO3 / HCO3 Muitas águas naturais contem bicarbonato e estes em um pH menor que 8,2

– 8,4, acima desse pH CO2 cessa de existir em quantidades mensuráveis e o íon carbonato passa a se fazer presente.

A alcalinidade e de extrema importância na química da água, sendo fator de grande importância na tendência do CaCO3 dissolver ou precipitar. Daí a procura bem antiga de modos práticos para medir essa tendência.

Nos dias iniciais da química da água o teste de mármore (“Marble Test”), a água a ser analisada ANALISES:

a) Caso a água seja agressiva ( corrosiva ) então algum CaCO3 fino adicionado a amostra se dissolve – água saturada – aumentam a dureza, alcalinidade e pH. - água com índice negativo de saturação.

ALCON QUIMICA LTDA W.ALCONQUIMICA.com.br b) Caso a água seja incrustante, então o CaCO3 fino adicionado, provocará precipitação – água super saturada – diminuindo a dureza, a alcalinidade e o pH – água com índice positivo de saturação.

Com a evolução dos tempos e das necessidades, outros métodos foram aparecendo ( Langelier ). Desenvolveu um deles baseado no produto dês Solubilidade, constantes de dissociação, bem como no total de sólidos dissolvidos, este método muito engenhosamente relata uma diferença entre o pH real da água e o pH de saturação ( pH s) dessa água. O calculo e feito em função da dureza devido ao cálcio ( teremos

CaCO3 ) da alcalinidade total da água e da temperatura ( ºF ), os quais entrado em forma gráfica nos dão o pH de saturação, que nos dará determinação de índice de Langelier – IL , segundo a seguinte equação.

IL = pH real – pH saturação.

Nos faz prever, se uma determinada água apresenta tendências para depositar CaCO3 , ou mante-lo em solução.

a) Valores positivo do IL

Indica a tendência de precipitação de carbono de cálcio ( CaCO3) - Água com tendência incrustante.

b) Valores Negativos do IL

Indica a tendência do carbonato de cálcio permanecer em solução - Água com tendencia a corrosão.

Calcula-se através de um conjunto de tabelas empíricas que envolvem os seguintes passos :

* Determinação do s sólidos dissolvidos totais ( TDS )

* Medida de temperatura

* A dureza da água, expressa em ppm de CaCo3 * Determinação da alcalinidade total (M), em ppm de CaCo3

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- medição do pH da água. Com os valores A, B, C e D, calcula-se o pH de saturação.

PHs = (9,3 + A + B) – (C + D) Finalmente com o pH da água, compõem-se o índice :

LSI = pH água – pHs Se LSI > 0 - A água tende a formar depósitos incrustantes. Se LSI < 0 - a água tende a ser corrosiva.

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DADOS PARA CALCULOS RAPIDO DO Ph DE SATURAÇÃO ( pHs )

SOLIDOS TOTAIS (ppm) A DUREZA DE CÁLCIO C (PPM DE CaCO)

ALCALINIDA DE TOTAL (M) (Ppm DE CaCO) D

50- 300
400- 1000

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Com a evolução dos tempos e das necessidades, outros métodos foram aparecendo ( Langelier ). Desenvolveu um deles baseado no produto dês Solubilidade, constantes de dissociação, bem como no total de sólidos dissolvidos, este método muito engenhosamente relata uma diferença entre o pH real da água e o pH de saturação ( pH s) dessa água. O calculo e feito em função da dureza devido ao cálcio ( teremos

CaCO3 ) da alcalinidade total da água e da temperatura ( ºF ), os quais entrado em forma gráfica nos dão o pH de saturação, que nos dará determinação de índice de

Langelier – IL , segundo a seguinte equação.

IL = pH real – pH saturação.

Nos faz prever, se uma determinada água apresenta tendências para depositar CaCO3 , ou mante-lo em solução.

ANALISES DE RESULTADOS c) Valores positivo do IL

Indica a tendência de precipitação de carbono de cálcio ( CaCO3) - Água com tendência incrustante.

d) Valores Negativos do IL

Indica a tendência do carbonato de cálcio permanecer em solução - Água com tendencia a corrosão.

INDICE DE LANGELIER Calcula-se através de um conjunto de tabelas empíricas que envolvem os seguintes passos : * Determinação do s sólidos dissolvidos totais ( TDS )

* Medida de temperatura

* A dureza da água, expressa em ppm de CaCo3

* Determinação da alcalinidade total (M), em ppm de CaCo3 - medição do pH da água.

Com os valores A, B, C e D, calcula-se o pH de saturação.

PHs = (9,3 + A + B) – (C + D) Finalmente com o pH da água, compõem-se o índice :

LSI = pH água – pHs Se LSI > 0 - A água tende a formar depósitos incrustantes. Se LSI < 0 - a água tende a ser corrosiva.

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As substancias minerais comuns presentes na água natural, levando em conta considerações sobre a solubilidade, podem ser classificadas em quatro categorias:

1. Compostos de magnésio e cálcio ( dureza ) 2. Compostos de sódio 3. Sílica 4. Composto de ferro e manganês

As regras a seguir podem ser usadas para descrição das características de solubilidade dos quatro tipo de impurezas minerais.

1. A solubilidade dos sais de dureza ( compostos e Mg e Ca ) tende a decrescer quando:

a) A temperatura aumenta b) A alcalinidade aumenta c) CO2 livre decrescente

Solubilidade dos sais de dureza Temperatura Alcalinidade CO2 livre

É bom lembrar que cloretos de Ca e Mg e sulfatos aumentam a solubilidade com a temperatura em soluções neutras, porem em soluções alcalinas tendem a precipitar – se como carbono de cálcio e HIDROXIDO DE MAGNESIO.

2. A solubilidade dos sais de sódio tendem a aumentar com a elevação da temperatura.

Solubilidade dos sais de sódio Temperatura ↑ ↑

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3. A solubilidade da sílica aumenta com o aumento da alcalinidade, sendo que na maioria as águas naturais, a solubilidade da sílica é 4 ppm, contudo em águas alcalinas pode ser encontrada até 1000 ppm de sílica solubilizada.

Solubilidade da sílica Alcalinidade

4. Ferro e manganês tornam-se menos solúveis com o aumento da alcalinidade e com o aumento do grau de oxidação. Normalmente a solubilidade na água do oxido de ferro é de 8 ppm.

Por isso, pede-se observar o fato de que em águas naturais são encontrados menos que 1 ppm de ferro solúvel, quando em contato com o ar o ferro é prontamente precipitado com o oxido férrico, e estando em soluções alcalinas precipita com o hidróxido feroso.

Solubilidade de Mn e Fé Grau de oxidação ↓ ↑

Solubilidade de Mn e Fé Alcalinidade ↓ ↑

É um número que nos diz quantas vezes podemos elevar a concentração de alcalinidade, dureza, cloreto e etc., em relação a água de alimentação do sistema.

É a deterioração de um metal por ação química ou eletroquímica do meio ambiente. Para que isso aconteça há necessidade que se estabeleça uma diferença de potencial entre diferentes áreas do metal.

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É uma forma de ataque localizado, onde a profundidade de penetração é ao menos igual ao diâmetro da área corroída.

Esse tipo de ataque resulta na perfuração de canos e recipientes mesmo quando a taxa de corrosão total é pequena.

Há duas formas de pite :

O desenvolvimento de fraturas propiciando falhas dos componentes metálicos, aparece em determinadas ligas.

É a forma comum de ataques nas ligas de Cu – Zn de diversos tipos.

Aparece quando, o metal se acha em contato com a água do mar ou águas moles contendo dióxido de carbono.

O ferro fundido cinzento, contendo grafite esferoidal, esta sujeito a um ataque conhecido como grafitização, quando imerso em águas ligeiramente acidas, águas salobras e salmoura. O ferro sofre corrosão, deixando um resíduo de grafite e de oxido de ferro, que é mole, poroso e de pouca resistência mecânica.

Em um fluxo turbulento, líquidos arrastando consigo bolhas de ar, podem impingir sobre superfícies metálicas retirando filmes de proteção e impedindo a formação de filme restaurador.

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O ataque por fluxo de água em alta velocidade, contendo grande numero de partículas sólidas em suspensão, provoca um desgaste na superfície agredida proporcional a velocidade do fluxo, a dureza das partículas em suspensão e as condições do meio ambiente .

Possuem como finalidade gerar energia na forma de vapor, sendo esta utilizada nos mais variados sistemas. Dentro das principais utilização do vapor, encontramos:

- Calefação - Processos Industriais

- Lavanderias, cozinhas

- Geração de energia

- Limpeza de utensílios e equipamentos

4.1 – Tipos de Caldeiras

Podemos classificar as caldeiras em três tipos:

- Fogotubular, flamotubular ou pirotubular; - Aquatubular ;

- Mista.

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Neste, os gases de combustão circulam dentro dos tubos e a água aquecida e posteriormente vaporizada, no lado externo da tubulação. Estes equipamentos são mais comuns e encontrados de diversos tamanhos.

ALCON QUIMICA LTDA W.ALCONQUIMICA.com.br B – AQUATUBULAR

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As caldeiras tipo aquatubulares são equipamentos mais complexos, sendo seu funcionamento baseado em diversas faixas de pressão onde a água circula dentro dos tubos e o combustível é queimado numa fornalha, na parte externa dos tubos. As caldeiras aquatubulares possuem entre outros:

- Economizador – Aproveita os gases gerados pela queima e pré – aquece a água que abastecerá a caldeira;

- Pré – aquecedor – Aproveita os gases exalados da caldeira para pré – aquecer o ar de combustão. - Superaquecedor – Transforma o vapor saturado em vapor

- superaquecido;

- Purificadores de Vapor – Elimina gotas arrastadas pelo vapor;

são altamente corrosivos ao equipamentos

- Deareadores – Remove gases da água de alimentação do sistema, que C- MISTA

As caldeiras mistas possuem uma mescla de partes aquatubulares e outras fogotubulares, porem estas são raras e encontramos poucas no Brasil.

Podemos classificar as caldeiras de acordo com a tabela de pressão:

Baixa Pressão100 – 200 psi 7 – 14 kg / cm2
Media Pressão200 – 700 psi 14 – 49 kg / cm2
Alta Pressão700 – 1500 psi 49 – 105 kg / cm2
Muito Alta Pressão1500 – 3209 psi 105 – 225,6 kg / cm2
Supercritica> 3209 psi > 225,6 kg / cm2

Muito Baixa Pressão Ate 100 psi Ate 7 kg / cm2

5 – Prevenção de Corrosão em Caldeiras

independente da qualidade e condições do sistema e água de alimentação

Para que possamos aumentar a vida útil do equipamento bem como precavermos paradas indesejadas, sempre e necessário o tratamento de caldeira, 5.1 – Tratamento Externo A – Redução da Turbidez e Cor

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quaisquer substancias em suspensão

Esta pode ser reduzida através do uso de sistema específicos como floculação e filtração. É necessário que a água de alimentação esteja isenta de

B – Remoção de Ferro e Manganês

Para reduzimos níveis de ferro e manganês e necessário que tenhamos um sistema de deionização. Alem deste processo pode ser utilizado sistemas menos sofisticado como a adição de cloro, sendo este eliminado através do uso de filtro de carvão.

C – Remoção de Dureza

significativa a formação de incrustações, devido a diminuição da dureza da água

O abrandamento total ou parcial da água de alimentação através de sistema trocadores de ions, removendo cálcio, magnésio e ferro, reduz de maneira

Por outro lado o abrandamento da água , com a remoção de cálcio , aumenta a corrosão da água . Portanto o abrandamento da água soluciona o problema de incrustação , mas causa outro problema , a corrosão . D – Desmineralização

E – Remoção de Gases

Através do auxílio de resinas trocadoras catiônicas e aniônicas removemos todos os íons de uma água . Estas resinas são utilizadas em colunas individuais ou colunas com mais de um tipo de resina .

Sabendo que os gases mais comumentes encontrados na água de alimentação são oxigênio , dióxido de carbono e gás sulfídrico e estes são altamente corrosivos , é necessário que fazemos com que a água de alimentação seja isenta destes gases , ou utilizamos produtos químicos no processo para eliminarmos ou utilizamos deaeradores com o intuito de retirarmos estes gases .

5.2 –Tratamento Interno

A - Remoção Química de Oxigênio na Água

grau de toxidez , porém são altamente eficaz e com baixo custo

Para realizarmos este processo existem diferentes produtos , porém o maior problema encontrado é a toxidade destes produtos . Muitas vezes em caldeiras com alta pressão ficamos limitados a utilização de produtos com alto

Os principais produtos para este fim são : - Sulfito de sódio ;

- Hidrazania .

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Sulfito de Sódio

Utilizando sulfito de sódio para remoção de oxigênio temos como produto final o sulfato de sódio , que eleva o nível de sólidos da caldeira . Quando utilizamos sulfito de sódio em excesso , provocamos uma reação na molécula deste , formando dióxido de carbono e gás sulfídrico que são altamente corrosivos para a linha de condensado .

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