INCRUSTAÇÕES EM CALDEIRAS
1 - Quais os Principais Mecanismos de
Formação de Incrustações?
Devido a elevada temperatura observada na
água da Caldeira, determinados compostos,
até então mantidos sob a forma solubilizada na
água de alimentação/reposição, tendem a
adquirir uma condição de supersaturação,
acabando por depositarem-se sobre a superfície de troca térmica da Caldeira, face a redução
de seus respectivos limites de solubilidade.
Tal comportamento é normalmente observado
para íons cálcio (Ca ), magnésio (Mg ), silicatos (SiO ) e carbonatos (CO ), os quais acabam
por gerar compostos insolúveis na condição
térmica da água da Caldeira,
originando incrustações
bastante rígidas e de
difícil remoção. Outro
íon bastante particular
refere-se ao Bicarbonato (HCO ), íon
este que, apesar
de
raramente
contribuir para a
formação de compostos insolúveis,
tem a propriedade de
decompor-se na
água da Caldeira,
face a ação da
temperatura, formando íons carbonato e gás
carbônico. A reação a
seguir ilustra melhor tal
afirmação:
2HCO ------> H O + CO
+ CO
Como resultado, caso exista a presença
de íons cálcio na água da Caldeira, estes irão
reagir com o carbonato gerado, formando
incrustação de carbonato de cálcio, conforme
mostrado na reação a seguir:
Ca
+ CO
----------> CaCO
Conforme pode-se observar, a grande
maioria dos íons dissolvidos na água acabam
por provocar efeitos particularmente danosos
quando submetidos às condições operacionais
de um equipamento Gerador de Vapor. Neste
sentido, apresenta-se a seguir uma relação dos
principais compostos formadores de incrustações em sistemas de Geração de Vapor, caso
inexista um efetivo controle e conhecimento
técnico de seus mecanismos de formação:
Carbonato de Cálcio
CaCO
Hidróxido de Magnésio
Mg(OH)
Silicato de Cálcio
CaSiO
Silicato de Magnésio
MgSiO
Sílica
(SiO )
Óxido de Ferro
Fe O , Fe O , etc
Hidróxido de Zinco (*1)
Zn(OH)
Piro-Silicato Básico de Zinco (*1) Zn (OH) Si O .H O
Hidroxiapatita (*2)
[Ca (PO ) ] Ca(OH)
(*1) No caso da utilização de linhas
e/ou reservatórios
confeccionados em
aço carbono
galvanizado para
recebimento de
água de reposição ou condensado, íons zinco
podem ser
carreados para a
água da caldeira.
(*2) No tratamento em base
fosfato, o composto insolúvel
gerado (hidroxiapatita) é usualmente
eliminado junto com a água de
descarga da Caldeira. Entretanto, quando o
controle da injeção de produtos químicos e qualidade físico-química da água não são verdadeiramente adequados, a hidroxiapatita formada pode
vir a depositar-se sobre a superfície de troca
térmica da Caldeira, gerando incrustações.
2 - Que Problemas Podem Ser Causados aos
Geradores de Vapor pela Incrustação?
A condutividade térmica dos principais compostos
incrustantes são significativamente inferiores as
dos metais que normalmente compõem às
Caldeiras e seus equipamentos periféricos,
notadamente de aço carbono e cobre.
A tabela 01 confirma a afirmação anterior:
"TABELA 01”
COMPOSTO QUÍMICO
CONDUTIVIDADE TÉRMICA (kcal/m * h * ºC)
Incrustação em Base de Sílica
0,2 ~ 0,4
Incrustação em Base de Carbonato
0,4 ~ 0,6
Incrustação em Base de Sulfato
0,6 ~ 2,0
Liga de Aço Carbono
40 ~ 60
Liga de Cobre
320 ~ 360
Como se pode observar pelos valores apresentados, quando da ocorrência de incrustações existe uma
“resistência” muito grande para a transferência do calor gerado na câmara de combustão da caldeira para
a água, o que torna, obrigatoriamente, a eficiência do equipamento minimizada quando da presença de
depósitos (incrustações) sobre sua superfície de troca térmica.
Associado a isto, a presença de incrustações pode vir a acarretar a expansão e rompimento dos tubos da
caldeira, uma vez que os mesmos sofrerão um superaquecimento acentuado sob o depósito, provocando a
redução de sua própria resistência mecânica.
As fotos 01 e 02 ilustram as afirmações anteriores, utilizando como exemplo dois casos práticos de formação de incrustações, sendo que em um deles ocorreu rompimento de um dos tubos do gerador de vapor.
"Foto 01"
"Foto 02"
25 mm
3 - Qual o Impacto Econômico da Presença de Incrustações em Caldeiras?
Figura 01 : Relação entre a espessura
de incrustação e o aumento
do consumo de combustível.
Incremento do aumento de combustível (%)
Paralelamente aos riscos inerentes à própria seguridade operacional do equipamento, a presença de
incrustações também acarreta prejuízos quanto ao custo de operação da Caldeira. Ilustrativamente, a
presença de incrustação de carbonato de cálcio, de 1 mm de espessura aderida à superfície de troca
térmica da Caldeira, acarreta um incremento no consumo de combustível em torno de 4%. De forma similar,
a presença de incrustações silicosas promove um aumento no consumo de combustível na ordem de 8%. A
figura 01 ratifica o anteriormente exposto, relacionando o incremento no consumo de combustível com a
espessura apresentada pela incrustação:
Pressão da caldeira : 7 Kgf/cm
Eficiência da caldeira : 86%
Combustível
: óleo pesado
Incrustação de sílica
Incrustação de carbonato
de cálcio
Espessura de Incrustação (mm)
por: José Roberto Pastor,
Antonio R. P. Carvalho
e Gabriel Zibordi
Soluções em Engenharia de Tratamento de Água