SISTEMA DE RESFRIAMENTO INCRUSTAÇÕES – ORIGENS E CONSEQUENCIAS

CONTROLE DA CORROSÃO EM CALDEIRAS DE ALTA PRESSÃO

07/02/2021

DEPÓSITOS E INCRUSTAÇÕES EM SISTEMAS DE RESFRIAMENTO

08/02/2021

A água encontrada na natureza nunca é pura, pois apresenta uma vasta gama de substâncias dissolvidas. Muitas destas substâncias são sais, óxidos e hidróxidos e apresentam solubilidades diferentes, sendo influenciadas basicamente pela temperatura; concentração e pH. Com a evaporação da água em um sistema de resfriamento, haverá um aumento na concentração das substâncias dissolvidas que, ao atingirem seus limites de solubilidade, podem se precipitar de forma aderente nas superfícies dos equipamentos (principalmente nas regiões de troca térmica), constituindo as incrustações. Outras substâncias também podem se incrustar indesejavelmente nesses sistemas, tais como: material orgânico (óleos, graxas, resíduos) associado ou não a materiais inorgânicos; lodo e acúmulo de material microbiológico; produtos de corrosão; sólidos em suspensão (argila, etc.) e outros produtos insolúveis originados de reações químicas na água (incluindo excesso de produtos para condicionamento químico).

As substâncias formadoras de incrustações (sais em sua maioria), ao terem seus limites de solubilidade ultrapassados, iniciam uma precipitação sob a forma de pequenos cristais. Estes por sua vez, apresentam uma estrutura molecular bem ordenada e podem se aderir fortemente às superfícies metálicas dos equipamentos. Uma vez formado o cristal, ocorre um rápido desenvolvimento do mesmo, através da agregação de novas moléculas, resultando em incrustações com tamanhos cada vez maiores. Este processo é semelhante à construção de uma parede usando tijolos ou blocos de concreto, conforme demonstrado na ilustração abaixo:

Para a remoção de incrustações já formadas é necessário um grande esforço, muitas vezes através de limpezas químicas (normalmente com soluções de álcalis e ácidos apropriados, devidamente inibidos) ou limpezas mecânicas de grande intensidade, tais como hidro jateamento a altas pressões (não é raro chegar a 1.500 kgf/cm2), marteletes, chicotes rotatórios, impactos diretos com ferramentas (marreta/ talhadeira, ponteiros), etc.

Os principais inorgânicos causadores de formação de incrustações em sistemas de resfriamento são:

Sais de cálcio e magnésio (dureza), principalmente o carbonato de cálcio (CaCO₃) e sulfato de cálcio (CaSO₄) e dependendo do controle do tratamento pode também formar Fosfato de Cálcio (Ca₃(PO₄)₂. A ocorrência de hidróxido de magnésio (Mg(OH)₂) também é comum.
Sílica solúvel (SiO₂) e silicatos (SiO₂^–). A sílica solúvel é oriunda da dissolução de parte da própria areia e rochas com as quais a água mantém contato. Ao se precipitar, forma incrustações extremamente duras e aderentes, com baixíssima condutividade térmica.
Óxidos de ferro (Fe₂O₃) e de outros metais, originado principalmente de processos corrosivos.

Tanto o carbonato como o sulfato de cálcio apresentam solubilidades que decrescem com o aumento da temperatura (o sulfato de cálcio, particularmente, tem sua solubilidade aumentada com a temperatura até cerca de 40ºC e a partir daí, sua solubilidade diminui consideravelmente). Assim, os mesmos tendem a se incrustar nas superfícies aquecidas de trocadores de calor ou em pontos onde a água encontra-se com temperatura mais elevada. Além disso, cristais formados na solução podem se depositar sobre os equipamentos, principalmente em locais de baixa circulação de água. Esses cristais funcionam como sementes, iniciando o desenvolvimento de uma incrustação aderida ao local.

Lembramos que, na grande maioria das ocorrências, as incrustações nunca são puras, ou seja, formadas somente por uma substância em particular. É bastante comum encontrarmos na composição das mesmas uma mistura de íons de cálcio; magnésio; ferro; outros metais; sulfatos; carbonatos e bicarbonatos; sílica; materiais que estavam em suspensão e substâncias orgânicas. Neste último caso, alguns tipos de orgânicos funcionam como um ligante para o material inorgânico, aumentando a coesão da incrustação, dificultando o condicionamento dos íons através do tratamento específico e dificultando as operações de limpeza química ácida do sistema.

Costuma-se fazer uma distinção entre os termos “depósito” e “incrustação” normalmente empregados nessa área de tratamento de água:

Depósitos: São acúmulos de materiais sobre determinada superfície que podem ser removidos manualmente com facilidade. Normalmente aparecem em locais com baixa velocidade de circulação de água ou nas extremidades inferiores dos equipamentos. Embora menos aderidos que as incrustações, os depósitos também podem prejudicar a troca térmica e o escoamento da água. Geralmente, materiais orgânicos resultantes do desenvolvimento microbiológico e material em suspensão formam depósitos nas superfícies. Isso também ocorre com a presença excessiva de sais dispersos por tratamentos aliados à ineficiência ou insuficiência de descargas.

Incrustações: Caracterizam-se por um acúmulo de material fortemente aderido sobre uma superfície, necessitando de esforços consideráveis para sua remoção (limpezas mecânicas ou químicas). Normalmente, as incrustações são formadas por precipitação de sais e/ou óxidos na forma cristalina, o que geram incrustações altamente coesas e aderidas. Apesar de não necessariamente formar cristais, a sílica que se precipita de maneira amorfa também forma incrustações muito aderentes e de difícil remoção.