As caldeiras a vapor são equipamentos utilizados industrialmente como uma das principais fontes de energia nos dias de hoje.

Encontradas nos mais diversos segmentos industriais, como têxtil, farmacêutico, químico e de alimentos, a caldeira é responsável por gerar centenas de toneladas de vapor a cada hora de seu funcionamento, sempre levando em consideração as características de cada equipamento, sua dimensão e capacidade produtiva.

Apesar de poder ser considerada uma fonte de energia relativamente barata, o consumo de combustível é alto, fazendo com que as indústrias sempre busquem formas para realizar a redução de seu consumo e melhor aproveitamento do equipamento, tornando a perda econômica menor.

Outro fator importante para se levar em consideração e que é motivo de buscas de soluções por parte das empresas é a capacidade de eficiência energética das caldeiras, sendo que o equipamento nunca alcançará 100% de eficiência. A maioria das caldeiras operam com uma eficiência entre 65% a 75% e as melhores caldeiras, com os cuidados e tratamentos corretos, podem chegar até a máxima de 87% de eficiência energética.

Pensando nisso e observando a fundo os dados acima, hoje falaremos sobre a produção de vapor nas indústrias e como o tratamento correto da água que alimenta a caldeira pode contribuir para que o equipamento opere com o máximo de eficiência.

Continue lendo este artigo e entenda mais sobre os assuntos a seguir:

– Como funciona a geração de vapor;
– Qualidade da água de alimentação da caldeira;
– Fases do tratamento da água da caldeira;
– Tipos de tratamento da água da caldeira;
– Por que realizar o tratamento da água da caldeira?;
– Redução da performance da caldeira;
– Corrosão, incrustação e arraste;
– Manutenção de caldeiras.

Caso surjam dúvidas e observações durante a leitura deste material, a Multiagua possui uma equipe especializada e qualificada para poder te ajudar em todo o processo. Basta entrar em contato que te auxiliaremos.

Como funciona a geração de vapor

Para começarmos a falar sobre a eficiência das caldeiras a vapor, é importante que você tenha ao menos um conhecimento básico de como funciona o equipamento e como é realizada a geração de vapor.

Com surgimento por volta da primeira Revolução Industrial e com diversas evoluções com o passar dos anos, hoje existem diversos tipos de caldeiras a vapor para suprir as necessidades de cada tipo de produção, sendo que, dentre as principais, podemos citar 3 tipos: as caldeiras flamotubulares, as caldeiras aquatubulares e as caldeiras mistas (uma união de características tanto das aquatubulares quanto das flamotubulares).

Ainda, sabe-se que as caldeiras necessitam de um combustível para a realização da queima. O tipo de combustível utilizado dependerá do tipo de caldeira utilizada e o seu tipo de produção, sendo que cada tipo de combustível oferecerá uma performance diferente no equipamento. Entre os principais tipos estão os combustíveis: Gás GLP, gás natural, cavaco, óleo BPF e lenha.

Além disso, para que ocorra a produção de vapor e de energia, as caldeiras são alimentadas com água, a qual é constantemente aquecida por meio de uma fonte de calor e assim alcançando uma temperatura que transforme o elemento em vapor.

Vale ressaltar também que, existem diferentes tipos de vapor, como o vapor saturado, o vapor seco e o superaquecido, e cada um deles é obtido de forma específica e para uma finalidade diferente.

Qualidade da água de alimentação da caldeira

Para que a água da caldeira esteja própria para o uso, a mesma deverá passar por tratamentos adequados, assim ocorrendo a eliminação de substâncias nocivas ao equipamento e aumentando a durabilidade e eficiência da caldeira.

As características de uma boa qualidade de água para caldeira podem variar de acordo com as necessidades e atividades produtivas da caldeira. Lembrando que, uma boa água para alimentação de caldeira, não é necessariamente uma água potável e própria para o consumo humano.

Sendo assim, podemos dizer que a qualidade da água de alimentação deverá estar de acordo com as indicações da caldeira utilizada, os padrões de qualidade e o nível de pureza necessário para o vapor, o que será relativo de acordo com a atividade industrial.

Como base geral, a qualidade da água depende da análise de parâmetro básicos, como a presença de sais dissolvidos na água desmineralizada (cálcio, magnésio, sódio, entre outros)

Alguns dos principais contaminantes que podem estar presentes na água, são divididos em três classes, sendo:

1 – Sólidos suspensos (materiais visíveis a olho nu e que causam, principalmente, a turbidez);

2 – Sólidos dissolvidos (não estão visíveis a olho nu);

3 – Gases dissolvidos.

Ainda, vale ressaltar que todos os processos para a geração de vapor de uma indústria devem estar de acordo com normas regulamentadoras e a legislação, inclusive as que indicam a qualidade necessária para a utilização e descarte da água de alimentação da caldeira.

Fases do tratamento da água da caldeira

Para a realização do tratamento da água de alimentação de uma caldeira, primeiramente, podemos dizer que são necessárias diferentes etapas, as quais podem ser divididas em dois tipos de abordagem: o tratamento externo e o tratamento interno.

Cada um dos dois tipos de abordagem oferecem um resultado específico e devem ser utilizados de acordo com o objetivo principal do tratamento.

Tratamento externo
Responsável por um tratamento em que o seu resultado gera um água com as seguintes características:

– Redução na concentração e presença de sais e óxidos dissolvidos (como o ferro por exemplo) e ausente de gases dissolvidos, como o CO2;
– Baixa concentração de SiO2 (sílica solúvel);
– Uma água isenta de dureza total;
– Remoção de sólidos em suspensão;
– Remoção de materiais orgânicos, como óleos e graxas, por exemplo.

Pode-se dizer que este tipo de tratamento depende de duas principais fases: um tratamento preliminar e um tratamento complementar.

A primeira fase, o tratamento preliminar, é a fase responsável pela clarificação ou filtração, a qual é realizada normalmente em uma estação de tratamento (ETA) e feita a coagulação ou floculação da matéria presente a qual passa, posteriormente, por um processo de filtragem, e desaeração da água, na qual é realizada a remoção de O2 ou outros possíveis gases dissolvidos presentes.

Já o tratamento complementar pode ser dividido em 3 etapas, sendo elas:

1 – Abrandamento: remoção da dureza total da água através da troca iônica;
2 – Desmineralização: também realizada por troca iônica, são removidos os íons negativos e positivos dissolvidos presentes na água;
3 – Osmose reversa: etapa realizada por processo de separação por membrana, o qual também é responsável pela desmineralização da água.

Tratamento externo
Tão importante quanto o tratamento externo, o tratamento interno é fundamental no processo de garantia da qualidade da água de alimentação de caldeiras.

Este processo é composto por etapas que garantem o controle de possíveis problemas ocasionados no interior das caldeiras, como a incrustação, corrosão e arraste.

Assim como o tratamento externo, o tratamento interno depende de diversos procedimentos, sendo os principais:

– Eliminação da dureza da água: os sais de cálcio e de magnésio são transformados em carbonatos e sulfatos, os quais ocasionam em incrustações. Para eliminar a dureza da água, existem duas formas eficientes: precipitação com fosfatos ou tratamento com quelatos;
– Controle do pH e da alcalinidade: esta etapa é realizada sem adição de ácidos, onde a alcalinidade e pH podem ser controlados pela adição de soda 50% e soda em lentilhas;
– Eliminação do oxigênio dissolvido presente: para que ocorra o controle da corrosão, são realizadas a aplicação de agentes redutores e O2, como sulfito de sódio e hidrazina;

– Controle de teor de cloretos e sólidos totais: esta etapa é importante para manter o controle do arraste, podendo ser realizado, sempre que necessários, através de purgas.

Corrosão, incrustação e arraste

Como vimos no tópico acima, os principais problemas ocasionados, especialmente no interior das caldeiras, pela água são a corrosão, a incrustação e o arraste. Mas o que cada um deles significa e o que realmente são?

Confira abaixo uma breve explicação e entenda mais sobre cada um deste três possíveis danos em sua caldeira:

Corrosão
Como o próprio nome já nos sugere, a corrosão é a degradação das partes metálicas da caldeira, principalmente presente nos tubos. É ocasionada a partir do contato com a água de má qualidade, especialmente devido a presença de íons corrosivos, como o CL e SO4 2, além da presença de oxigênio dissolvido e relacionado com uma água com um baixo pH.

Algumas das formas de eliminar e prevenir contra o efeito da corrosão causado pela água são:

1 – Utilizar um filtro de carvão ativado;
2 – Controlar a temperatura da água. Uma caldeira com água em temperatura de 100ºC praticamente não necessitará de tratamentos auxiliares para realizar a remoção de oxigênio dissolvido;
3 – Controle do pH através de purga da caldeira, sendo que caldeiras com baixa evaporação devem manter um pH de 10,5 a 11,5 e para caldeiras de alta evaporação o pH deve ser mantido entre 11,5 a 12,5;
4 – Diversos outros tratamentos químicos podem contribuir para a proteção prévia contra corrosões.

Incrustação
Problema ocasionado a partir de grande quantidade de material sólido depositado na superfície de troca térmica da caldeira, gerando redução na eficiência e perda de transferência de calor, além de poder ocorrer um superaquecimento nos tubos, além de possíveis quebras.

Confira abaixo algumas medidas que podem ser tomadas para evitar o aparecimento de incrustações em sua caldeira:

1 – Utilização de abrandadores;
2 – Aplicação de produtos químicos para a remoção de Ca2 e Mg2;
3 – Em caso de aparecimento de incrustações, aplicar produtos químicos adequados para a sua remoção;
4 – Constante verificação de possíveis pontos de contaminação e/ou mistura de água no retorno do condensado.

Arraste
O arraste nada mais é do que o transporte de condensado junto ao vapor, ou seja, a produção de vapor de sua caldeira será com uma alta taxa de umidade presente.

Muito ocasionado pela alta condutividade de água e muitos ciclos de concentração, a umidade gerada pelo arraste gera danos, desgastes nos purgadores e tubos, além de atrapalhar a troca de transferência de calor, reduzindo a eficiência de sua caldeira.

Algumas medidas podem ser tomadas para evitar que ocorra o arraste em sua caldeira, veja abaixo algumas das principais:

1 – Através de processo de purga, controlar e reduzir a condutividade da água;
2 – Filtros de areia, filtros de carvão e o processo de osmose reversa contribuem para a redução da condutividade da água;
3 – Possibilidade de instalação de um separador no local de saída de vapor de sua caldeira;
4 – Constante verificação de possíveis pontos de contaminação e/ou mistura de água no retorno do condensado.

Por que realizar o tratamento da água de alimentação da caldeira?

Além dos três principais danos citados acima, existem diversos outros motivos pelos quais se faz necessário e é importante que seja realizado o tratamento correto da água de alimentação da caldeira geradora de vapor.

Primeiramente, vamos lembrar que a água irá circular por toda a estrutura da caldeira e em diversos estados, seja ainda na forma líquida ou já na forma de vapor, fator que pode gerar diversos danos.

Confira abaixo uma lista de diversos danos e malefícios, além da corrosão, incrustação e arraste ou até mesmo que podem ser ocasionados por eles:

– Custo elevado para a manutenção do equipamento danificado;
– Redução na eficiência e capacidade de troca térmica;
– Superaquecimento nas tubulações;
– Quebra de tubulações;
– Quebra de equipamentos;
– Funcionamento inadequado do equipamento;
– Alta taxa de paralisações na produção devido à grande necessidade de frequentes manutenções;
– Fadiga por estresse térmico;
– Ciclagem excessiva;
– Consumo excessivo de combustível;
– Perda de eficiência na geração de vapor;
– Aumento nos risco de explosões e acidentes.

Redução da performance da caldeira a vapor

Ao falarmos sobre a eficiência de uma caldeira geradora de vapor, devemos levar em consideração e nos atentar com vários fatores primordiais para manter o equipamento em um bom funcionamento, como:

1 – Realize a medição de temperatura dos gases de exaustão. Lembrando que, para conseguir aumentar a eficiência de sua caldeira, dever ser sempre utilizada uma temperatura menor do que a que deu no resultado de sua medição;
2 – Atente-se a temperatura ambiente do local em que sua caldeira se encontra, ela diz muito sobre os resultados obtidos durante sua produção e, ainda, uma variação, por menor que seja, até mesmo de apenas 5ºC de temperatura no ambiente poderá causar uma perda de eficiência de 1% ou até mais;
3 – O ar teórico deve ser sempre bem controlado, onde pouco ar resulta em perda de calor e excesso de ar causa uma combustão incompleta, apenas gerando mais fuligem e fumaça;
4 – Cada tipo de caldeira deve trabalhar com seu combustível adequado, por isso analise muito bem antes de realizar tal escolha. O gás GLP é um dos combustíveis que mais apresenta resultados positivos em relação ao seu poder de combustão. Mas, por outros lado, ainda é um combustível com elevado custo no Brasil;
5 – A prevenção e tratamento das águas de sua caldeira garantem o melhor e máximo desempenho possível, podendo até mesmo aumentar a capacidade energética de sua caldeira.

É através da correta manutenção e tratamento adequado da água de alimentação que a caldeira passará a trabalhar com o máximo de eficiência possível, diminuindo os riscos de queda de performance, evitando paradas técnicas desnecessárias e garantindo uma produção de qualidade, com redução de custos e agilidade.

Manutenção de caldeiras

A NR-13, Norma sobre Caldeiras e Vasos de Pressão no Brasil, é responsável por estabelecer medidas de segurança que devem ser seguidas para prevenir qualquer dano ou acidente industrial envolvendo o equipamento. Ainda, é nela que você poderá encontrar os procedimentos e inspeções necessárias para evitar a paralisação e perda de eficiência de sua caldeira. Como exemplo, podemos citar alguns dos itens a serem verificados sendo:

– Válvula de segurança com pressão de abertura igual ou inferior à PMTA;
– Instrumento que indique a pressão do vapor acumulado;
– Injetor independentemente do sistema principal;
– Sistema de drenagem rápida de água, em caldeiras de recuperação;

– Sistema de indicação para controle do nível de água ou outro sistema que evite o superaquecimento por alimentação deficiente.

Ainda, ao falarmos sobre a manutenção de caldeiras, ao levarmos em consideração caldeiras de baixa pressão o indicado é que sejam realizadas análises químicas da água pelo menos semanalmente, já para caldeiras de alta pressão, faz-se necessário a verificação diária.

Outro fator que deve ser levado em consideração para o aumento da eficiência de sua caldeira, é a realização de manutenções preventivas e limpezas regulares, evitando o surgimento de possíveis danos e podendo gerar um aumento de 20% na eficiência da caldeira, melhorando seu rendimento e reduzindo custos.

A Multiagua oferece soluções completas para o tratamento preventivo e corretivo de sua caldeira geradora de vapor, com um diagnóstico de campo e soluções personalizadas de acordo com suas necessidades, tipo de produção e caldeira.

Todos os nossos procedimentos são realizados de acordo com as normas regulamentadoras e por uma equipe de especialistas altamente qualificados.

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