Tratamento agua da caldeira 2008

Tratamento agua da caldeira 2008

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Minicursos CRQ-IV 2008 Tratamento Químico de águas de caldeiras

Tratamento químico de Tratamento químico de q águas de caldeirasq águas de caldeirasgg

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José Otavio Mariano Silva

•Extensa experiência nas áreas de

Tratamento de Á guas Industriais e g

Especialidades Químicas

•Químico pela Universidade Mackenzie

•Físico pela Universidade de São Paulo

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ConselhoRegionaldeQuímica4ªRegiãoConselho Regional de Química 4 Região

Vinculações

Amcham -Câmara Americana de Comércio

ABEQ -Associação Brasileira de Engenharia Química

CTI -Cooling Technology Institute, Houston, USA

ABC -Associação Brasileira de Cosmetologia

ACSAmericanChemicalSocietyWashingtonACS -American Chemical Society, Washington, DC, USA

SBF S i d B ili d Fíi

Conselho Regional de Química IV Região –Apoio: Caixa Econômica Federal SBF -Sociedade Brasileira de Física

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José Otavio Mariano Silva

Autor ou co-autor de numerosos trabalhos técnicos apresentados e publicados no Brasil e no exterior sobre tratamento de águas industriais:

Petrobrás

ABRACO -Associação Brasileira de Corrosão

IWC -International Water ConferenceIWC International Wa ter Conference

NACE -National Association of Corrosion Engineers

CTI -Cooling Technology Institute ABC - Associação Brasileira de Cosmetologia

Conselho Regional de Química IV Região –Apoio: Caixa Econômica Federal ABC -Associação Brasileira de Cosmetologia.

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ÁGUA: sua importância Um dos 4 elementos da antiguidade: água, ar, terra e fogo.Um dos 4 elementos da antiguidade: água, ar, terra e fogo.

Não há vida sem água: uma pessoa saudável pode viver até 30 Não há vida sem água: uma pessoa saudável pode viver até 30 dias sem comida, mas morrerá em uma semana sem água.dias sem comida, mas morrerá em uma semana sem água.

Consumo mundial: 2.270 km3 / ano Consumo mundial: 2.270 km3 / ano

Reservas estipuladas pela ONU: mínimo de 2.0 metros Reservas estipuladas pela ONU: mínimo de 2.0 metros cúbicos / ano / pessoa;cúbicos / ano / pessoa;p;p;

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ÁGUA: escassez ou abundância ?

por água1.4 bilhão de km

Planeta ÁGUA: 75% da superfície terrestre são cobertos 3 .

Porém apenas 3% são água doce!

Desta pequena porção, 2% estão congelados em geleiras, calotas polares e neves eternas;

Conclusão: apenas <1% do total é água doce disponível!

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ÁGUA: escassez ou abundância ?

Se toda a água do mundo coubesse em umbaldeaáguadocecorresponderiaaum balde, a água doce corresponderia a apenas uma colher de sopa!

26íbid250ilhõd 26 países, abrigando 250 milhões de pessoas, já foram oficialmente declarados pela ONU como áreas de escassezcrônicadeáguaescassez crônica de água.

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Usos da água na indústria

Matéria prima (água de processo)

Geração de vapor (água de caldeiras)

ResfriamentoResfriamento

Conseqüênciaefluentes (águas residuárias)

Uso doméstico (potável e sanitário) Conselho Regional de Química IV Região –Apoio: Caixa Econômica Federal

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Geração de vapor-Requisitos

Especificações: definidas pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Téi)ABMA(AiBilMftAiti)Técnicas) ou ABMA (American Boilers Manufacturers Association)

•Ausência de sais de dureza

•Mínima quantidade de silica

Míitidddf•Mínima quantidade de ferro •Ausência de cloro

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Equipamentos: caldeiras, tubulações e trocadores de calor

•Construção: aço carbono, cobre, latão, aço galvanizado, aços inoxidáveis

•Baixo pre çopç

•Facilidade de construção e manutenção

•Bom condutor de calor

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Vapor e sua utilidade

Geração de energia elétrica nas usinas nucleares e termo-elétricas.

Indústrias químicas e petroquímicas.Indústrias químicas e petroquímicas.

Açúcar e álcool. Papel e celulose.

Refinarias de petróleo.Refinarias de petróleo.

Frigoríficos, abatedouros e curtumes.

Indústrias têxteis.

Cervejarias e bebidas.Cervejarias e bebidas.

Alimentos

Indústria naval.

MadeiraeborrachaMadeira e borracha.

Indústria de tintas e vernizes. E praticamente todas os demais setores da indústria.

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A água como meio ideal de transmissão de calor

Baixo custo Alto calor especifico Alto calor especifico

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1Gãd1.Geração de vapor 3.1 Caldeiras O que é uma caldeira?q Quais os tipos de caldeiras? Como funcionam?

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Geraçãodevapor:caldeiraaquatubularGeração de vapor: caldeira aquatubular

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Geração de vapor: caldeira fogotubular

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CdfãditõldiCausas da formação de incrustações em caldeiras

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CiãdtttComposição da crosta terrestre

Óxidos PercentagemÓxidos Percentagem

Conselho Regional de Química IV Região –Apoio: Caixa Econômica Federal Total 9.2

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Inorgânicos carbonatos bi b tbicar bona tos

Sulfatos Cloretos Nitratos

Contaminantes da água Cálcio

Magnésio Ferro

Manganêságua

Manganês

Sílica

Fluoretos

Or gânicos g

Acidos húmicos

Taninos

Gases dissolvidos

OxigenioOxigenio

Cloro

Gás carbonico

Óxidos de enxofre (Sox) Ó

Conselho Regional de Química IV Região –Apoio: Caixa Econômica Federal Óxidos de nitrogenio (Nox)

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Consequências da presença de contaminantes

Incrusta ção Corrosão ç

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Causas da formação de incrustações em caldeiras

•Solubilidade dos sais

•Carbonato de cálcio reage com água saturada com gás carbônico, formando bicarbonat o de cálciobicarbonat o de cálcio .

C (HCO ) l C O i t d H 0C O• Ca (HCO 3)2 --------ca lor--------> CaCO 3 precipitado + H2 0 +CO

•A redução na solubilidade e subseqüente precipitação de sólidos é conseqüência de se buscar os níveis mais estáveis de energia dentro do coseqüêcadesebuscaosesasestáesdeeegadetodo sistema químico, do mesmo modo que a corrosão é conseqüência de o metal sempre tender em direção a sua condição de mais baixa energia. As incrustações e lamas podem portanto ocorrer devido a reações químicas que levam aos compostos menos solúveis.

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Depósitos ou incrustações: definição e causas

••Aderente e permanenteAderente e permanente ••Contaminantes de processoContaminantes de processo

••Presentes na água: areia, barro, limo e algasPresentes na água: areia, barro, limo e algas

••FormadospelaconcentraçãodesaisdissolvidosnaFormadospelaconcentraçãodesaisdissolvidosna••Formados pela concentração de sais dissolvidos na Formados pela concentração de sais dissolvidos na água: carbonatos, sulfatos, fosfatos, sílica, cálcio, água: carbonatos, sulfatos, fosfatos, sílica, cálcio, magnésio, ferromagnésio, ferro

Formadosporprodutosdecorrosão:óxidosdeferroFormadosporprodutosdecorrosão:óxidosdeferro••Formados por produtos de corrosão: óxidos de ferro, Formados por produtos de corrosão: óxidos de ferro, sais de zinco (white rust)sais de zinco (white rust)

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Depósitos ou incrustações

••Reduzem troca térmicaReduzem troca térmica ••Facilitam a corrosão sob depósitosFacilitam a corrosão sob depósitos

••Aumentam o fator de rugosidade e a perda Aumentam o fator de rugosidade e a perda de carga em tubulações e trocadores de de carga em tubulações e trocadores de calorcalorcalorcalor

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Depósitos ou incrustações em caldeiras RdãdttéiRdãdttéiRedução da troca térmicaRedução da troca térmica

Asperdasmédiasdecalor,emfunçãodaespessuradasincrustações,Asperdasmédiasdecalor,emfunçãodaespessuradasincrustações,As perdas médias de calor, em função da espessura das incrustações, As perdas médias de calor, em função da espessura das incrustações, são tabuladas a seguir:são tabuladas a seguir:

0,,5050 m4 4% %
0,,7575 m7 7% %
1,,0 m9 9% %
1,,2525 m10 10% %
1 5050 m 1313 %%1,,5050 m1313 %%
2,,2020 m15 15% %
2,,7070 m16 16% %

E S P E S S U R AE S P E S S U R A% DE PERDA DE CALOR% DE PERDA DE CALOR Conselho Regional de Química IV Região –Apoio: Caixa Econômica Federal

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Depósitos ou incrustações em caldeiras Redução da troca térmica Redução da troca térmica

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Depósitos ou incrustações em caldeiras Aumento no consumo de combustívelAumento no consumo de combustível

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Depósitos ou incrustações em caldeiras

•• Conseqüências:Conseqüências: •• Superaquecimento localizadoSuperaquecimento localizado

••Ruptura de tubos sob pressãoRuptura de tubos sob pressão

ElõElõ•• Exp los õesExp los ões ••AumentonoconsumodecombustíveisAumentonoconsumodecombustíveisAumento no consumo de combustíveisAumento no consumo de combustíveis

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Depósitos ou incrustações em caldeiras

ExplosõesExplosões

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Depósitos ou incrustações em caldeiras

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Depósitos ou incrustações em caldeiras

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Prevenção de depósitos em caldeiras

•• PréPré- -tratamentotratamento

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PãddóitPrevenção de depósitos ou incrustações em caldeiras

•• RemoçãoRemoção dos dos possíveis possíveis contaminantescontaminantes: : •• FiltraçãoFiltração

••AbrandamentoAbrandamento: : remoçãoremoçãodos sais de dos sais de cálciocálcioe e éiéi ((d ))magn ésiomagn ésio((durezadureza ))

•• DeionizaçãoDeionização ouou desmineralizaçãodesmineralização

O•• OsmoseOsmose reversareversa

•• DesaeraçãoDesaeração ((mecânica mecânica ouou químicaquímica) )

RãRãddffêê((lãlã••RemoçãoRemoçãode de ferroferroe e manganêsmanganês((cloraçãocloração, , greensand e greensand e outrosoutrosoxidantesoxidantes))

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FiltraçãoFiltração

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Abrandamento: remoção dos sais decálcioemagnésio(dureza)de cálcio e magnésio (dureza)

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Abrandamento: como funciona

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Deionização ou desmineralização

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Osmose reversa

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Desaeração (mecânica ou química)

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Remoção de ferro e manganês (cloração, greensandeoutrosoxidantes)greensand e outros oxidantes)

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Prevenção de depósitos em caldeiras

•• TratamentoTratamento químicoquímico ••1 ª 1 ª PatentePatente

••2 de 2 de dezembrodezembrode 1846 (Anthony de 1846 (Anthony andBarnum):andBarnum):serragemserragemdedemognomognoand Barnum): and Barnum): serragemserragemde de mognomogno

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PãddóitPrevenção de depósitos em caldeiras

TratamentoTratamento químicoquímico•• TratamentoTratamento químicoquímico •• ReagentesReagentes estequiométricosestequiométricos: :

••PrecipitaçãoPrecipitaçãodos sais de dos sais de durezadureza: : fosfatosfosfatos sim plessim plespp

+ 2PO 4

+ → Ca3 (PO4) 2

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Prevenção de depósitos em caldeiras

•• TratamentoTratamento químicoquímicoqq

•• ReagentesReagentes estequiométricosestequiométricos: :

PrecipitaçãoPrecipitaçãodossaisdedossaisdedurezadureza::fosfatosfosfatos••PrecipitaçãoPrecipitaçãodos sais de dos sais de durezadureza: : fosfatosfosfatos complexoscomplexos

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