O tratamento de água de caldeira é o conjunto de processos que deixa o líquido de alimentação sem os sais e os gases que danificam o equipamento.
Seu objetivo é evitar três problemas principais: incrustação, corrosão e arraste de partículas com o vapor.
Para isso, o processo combina etapas anteriores à entrada da água na caldeira, como abrandamento e desaeração, com a dosagem de produtos químicos no interior do equipamento e a realização de purgas periódicas.
Um erro comum é considerar o tratamento de água um custo opcional, que só merece atenção quando a caldeira apresenta falhas.
A NR-13 exige o controle da qualidade da água, cuja ausência pode contribuir para a queima de tubos e paradas não programadas.
Por isso, o programa de tratamento deve fazer parte da compra da caldeira, e não ser uma preocupação posterior.
Por que a água precisa ser tratada
A água bruta contém sólidos e gases dissolvidos que podem comprometer o funcionamento da caldeira.
Um trabalho de conclusão de curso da UFC sobre falhas em tubos de caldeira cita, entre os sólidos, os sais de cálcio, magnésio, ferro e sílica. Entre os gases, os principais são o oxigênio e o gás carbônico.
Esses contaminantes causam corrosão, incrustação e arraste de partículas com o vapor.
As consequências, segundo o mesmo trabalho, são vapor de má qualidade, paradas de manutenção mais frequentes e desgaste precoce de componentes. Nos casos graves, chegam a acidentes de grandes proporções.
A água considerada ideal, pela mesma fonte, é a que não causa incrustação, não corrói e não forma arraste nem espuma.
O texto vigente da NR-13 trata do tema no item 13.4.3.2. Ele exige que a qualidade da água seja controlada e que os tratamentos necessários sejam implementados.
O objetivo é deixar a água compatível com os parâmetros de operação definidos pelo fabricante da caldeira.
Incrustação: o depósito que isola o tubo
Incrustação é a camada dura de sais que se forma na superfície de troca de calor. Ela surge porque a evaporação concentra as impurezas na água da caldeira até que precipitem.
O trabalho da UFC aponta como causa principal a dureza, que é a soma do cálcio e do magnésio, e destaca a sílica, que forma uma incrustação muito dura.
O efeito é térmico. Segundo o mesmo trabalho, a condutividade térmica da incrustação é cerca de 45 vezes menor que a do aço do tubo.
A camada isola o tubo da água, e o metal passa a trabalhar acima da temperatura de projeto. O resultado é a falha por fluência, em que o tubo estufa e se rompe, o que no dia a dia se chama de tubo queimado.
Antes de romper, a incrustação já reduz o desempenho. Um estudo da Unesp sobre ciclo de vapor registra que a caldeira passa a produzir menos vapor e perde eficiência térmica.
Para compensar, é preciso mais calor, o que agrava o superaquecimento do tubo e acelera o depósito. O trabalho da UFC descreve esse processo como um círculo vicioso.
Corrosão e arraste
A corrosão interna vem principalmente do oxigênio e do gás carbônico dissolvidos, associados ao pH baixo. O aço da caldeira se protege com uma camada fina de óxido, a magnetita.
Segundo um trabalho da UFRGS sobre remoção de oxigênio, o oxigênio ataca essa camada e provoca corrosão pontual, a que forma pequenos furos no metal.
O pH também conta nos dois sentidos. Um trabalho da Unipampa sobre corrosão em tubos de caldeira indica que pH baixo causa corrosão ácida generalizada.
Já a alcalinidade alta demais, pelo trabalho da UFC, provoca espuma e também ataca a magnetita. Por isso, o tratamento busca uma faixa, e não o maior pH possível.
O arraste é a saída de gotas de água com o vapor, levando sais dissolvidos. Ele aparece quando os sólidos se concentram demais na água da caldeira.
Os sais arrastados se depositam nos equipamentos de processo, nos superaquecedores e nas turbinas.
A diferença entre o vapor úmido e o seco está no post sobre vapor saturado e superaquecido.
Tratamento externo: antes da água entrar na caldeira
O tratamento externo é feito antes de a água chegar ao equipamento. A tabela resume os processos citados pelas fontes acadêmicas e o que cada um remove:
| Processo | O que faz | Fonte |
|---|---|---|
| Abrandamento | Remove cálcio e magnésio, por troca iônica em resina ou por precipitação com cal | Trabalho da UFC |
| Osmose reversa | Remove sais dissolvidos, íons de cálcio e magnésio, sólidos e matéria orgânica, por membrana | Trabalho da UFC |
| Desmineralização | Remove todos os íons, em uma série de trocadores de íons | Estudo da Unesp |
| Desaeração térmica | Retira oxigênio e gás carbônico aquecendo a água com vapor | Trabalho da UFRGS |
A escolha do processo depende da qualidade da água disponível e da pressão de operação da caldeira.
O trabalho da UFC destaca que a osmose reversa exige água de alimentação com qualidade adequada, pois a presença excessiva de impurezas pode provocar o entupimento das membranas.
No caso analisado, o estudo também verificou que nem o abrandamento nem a osmose reversa, quando utilizados isoladamente, eliminaram completamente a dureza da água.
Já a desaeração térmica ocorre pelo contato direto entre a água e o vapor.
Segundo o trabalho da UFRGS, a água é aquecida até uma temperatura próxima à de saturação, o que permite remover mais de 95% do oxigênio dissolvido.
Dessa forma, o desaerador reduz a quantidade de oxigênio antes da etapa de tratamento químico.
Tratamento interno e purgas
O tratamento interno utiliza produtos químicos dosados na própria caldeira para controlar as impurezas que permanecem na água após o pré-tratamento.
Segundo o trabalho da UFC, essa etapa possui quatro objetivos principais: eliminar a dureza residual, controlar o pH e a alcalinidade, remover o oxigênio dissolvido e controlar a concentração de cloretos.
Entre os produtos citados pelas fontes acadêmicas estão:
- Sequestrantes de oxigênio, como sulfito de sódio e hidrazina, que removem os últimos traços de oxigênio e ajudam a formar a magnetita;
- Fosfatos, que reagem com o cálcio e o magnésio e formam uma lama pouco aderente, retirada pelas purgas;
- Quelantes, como o EDTA, que reduzem a dureza sem formar lama;
- Soda cáustica, que eleva o pH para a faixa definida;
- Aminas neutralizantes ou fílmicas, usadas no sistema de condensado contra a corrosão.
A purga é a descarga periódica de parte da água da caldeira. Segundo o trabalho da UFC, ela retira os sólidos e os cloretos que se concentram com a produção de vapor, pelos drenos da parte inferior.
Em caldeiras pequenas, o estudo da Unesp registra que os produtos precipitam os sólidos, que depois saem nas descargas de fundo periódicas.
Cada descarga joga fora água já tratada e aquecida. Por isso, a frequência e o volume são definidos pela análise da água, e não por hábito.
Os produtos utilizados nesse controle podem ser encontrados entre as opções de anticorrosivos para caldeira.
Quais parâmetros a análise da água deve controlar?
A análise da água de caldeira acompanha parâmetros como dureza, pH, alcalinidade, sílica, condutividade, sólidos dissolvidos e oxigênio.
Esses indicadores são apresentados nos trabalhos da UFC e da Unipampa, além de um estudo publicado nos anais da Unoesc. Quando há tratamento químico, também é necessário medir o residual dos produtos dosados.
Os limites aceitáveis variam conforme as características do equipamento, principalmente a pressão de operação.
Não existe uma norma ABNT vigente que estabeleça valores gerais para esses parâmetros em caldeiras. A antiga NB 584, referente à amostragem de águas de caldeiras, foi cancelada em 2009, sem substituição.
Por isso, as faixas utilizadas no Brasil são definidas com base nas recomendações dos fabricantes ou em referências internacionais, como as da American Society of Mechanical Engineers (ASME), citadas nos estudos acadêmicos.
O item 13.4.3.2 da NR-13 exige que a qualidade da água seja compatível com os parâmetros definidos pelo fabricante.
Na compra, peça a tabela de qualidade da água junto com o manual do equipamento. As demais exigências regulamentares estão no artigo sobre NR-13 para caldeiras.
O tratamento de água e a NR-13
Além de exigir o controle da qualidade da água no item 13.4.3.2, a NR-13 relaciona o tratamento a outras obrigações de segurança e operação.
Nas caldeiras de categoria B que não possuem tratamento de água, o item 13.4.4.8 determina o acionamento manual da válvula de segurança pelo menos uma vez por mês. Quando existe tratamento, o teste deve seguir as prescrições do fabricante.
O Anexo IV também considera o tratamento de água entre as condições necessárias para ampliar os prazos de inspeção.
Nesses casos, a empresa precisa comprovar, entre outros requisitos, a realização de análises e o controle periódico da qualidade da água.
Já o Anexo I inclui o tratamento de água entre os conteúdos previstos para o curso de operador de caldeira.
A ausência desse controle pode contribuir para acidentes associados à corrosão e à incrustação, problemas abordados no artigo sobre explosão de caldeira.
As decisões relacionadas ao programa de tratamento devem contar com a avaliação de um responsável técnico. Alterações na caldeira, por sua vez, exigem a atuação de profissional legalmente habilitado.
O que pedir na cotação do tratamento de água
Ao solicitar orçamento, informe o tipo de caldeira, a pressão de operação e a capacidade de produção de vapor.
Indique também a origem da água de alimentação, seja da rede pública, de poço ou de rio, e se existe retorno de condensado.
Se houver uma análise da água bruta, envie os resultados ao fornecedor. Informe ainda quais equipamentos já fazem parte da central, como abrandador, sistema de osmose reversa ou desaerador, além da tabela de qualidade da água recomendada pelo fabricante.
Peça uma proposta que contemple o programa completo de tratamento, com a relação de produtos químicos, dosagens, pontos de aplicação e parâmetros que serão monitorados.
Confirme também a frequência das visitas técnicas e das análises laboratoriais, além da apresentação de relatórios com orientações sobre as purgas necessárias.
Para as etapas anteriores à entrada da água na caldeira, consulte fornecedores de tratamento de água industrial.
Se o equipamento já apresentar incrustações, a remoção dos depósitos deve fazer parte de uma avaliação de manutenção de caldeiras.
Com as informações reunidas, compare fornecedores de anticorrosivos para caldeira no Soluções Industriais.
Para conhecer as características dos equipamentos e entender como a pressão influencia os requisitos de qualidade da água, consulte também o guia sobre tipos de caldeira industrial.
