Incrustações em Caldeiras

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 superfí- cie de troca térmica da Caldeira, face a redução de seus respectivos limites de solubilidade.

 

Tal comportamento é normalmente observado para íons cálcio (Ca+2), magnésio (Mg+2), silicatos (SiO3-2) e carbonatos (CO3-2), 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 (HCO3), 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:

2HCO3 ——> H3-2O + CO + CO2

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+2 + CO3-2 ———-> CaCO3

 

Conforme pode-se observar, a grand maioria dos íons dissolvidos na água acabam por provocar efeitos particularmente danosos quando submetidos às condições operacionais e de um equipamento Gerador de Vapor. Neste sentido, apresenta-se a seguir uma relação dos principais compostos formadores de incrusta- ções em sistemas de Geração de Vapor, caso inexista um efetivo controle e conhecimento técnico de seus mecanismos de formação:

Carbonato de Cálcio CaCO3

Hidróxido de Magnésio Mg(OH)2

Silicato de Cálcio CaSiO3

Silicato de Magnésio MgSiO3

Sílica (SiO2)n

Óxido de Ferro Fe2O3 , Fe3O4, etc

Hidróxido de Zinco (*1) Zn(OH)2

Piro-Silicato Básico de Zinco (*1) Zn4(OH)2Si2O7.H2O

Hidroxiapatita (*2) [Ca3(PO4)2]3 Ca(OH)2

 

(*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:

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 1”

foto-1

“Foto 2”

foto-2

 

3 – Qual o Impacto Econômico da Presença de Incrustações em Caldeiras?

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:

Figura 01: Relação entre a espessura de incrustação e o aumento do consumo de combustível.

grafico-caldeira