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 | |
| Incrustação em Base de Carbonato | |
| Incrustação em Base de Sulfato | |
| Liga de Aço Carbono | |
| Liga de Cobre |
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.
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:
