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ÁGUAS NATURAIS – PROPRIEDADES FÍSICAS: TEMPERATURA – A temperatura das
águas de fontes superfícies e de poços rasos, pode flutuar grandemente
durante as estações do ano. Por outro lado as temperaturas das águas de
poços profundos podem ser surpreendentemente constantes se bem que possam
ser altas. Por seu baixo conteúdo de gases em dissolução (particularmente o
oxigênio) as águas mornas são menos agradáveis ao paladar do que as águas
frias. Os limites preferidos para suprimentos municipais varia de 7 a 10(
C. Porém muitas cidades utilizam água com temperatura fora da tabela.
COR – A cor deve-se a substâncias dissolvidas e é quase sempre causada pela
lixiviação da matéria orgânica com a qual a água veio a entrar em contato.
O método padrão para medir a cor consiste em compará-la com uma solução de
cloreto de platina e cobalto sendo a unidade de cor equivalente aquela que
contenha uma solução de 1 mg de platina por litro. Antes da medição deve-se
retirar da amostra toda a matéria em suspensão por centrifugação , visto
que a filtração não é adequada. Numa água de boa qualidade a cor não deve
exceder a 15 mg/l na escala de platina, enquanto que a maioria das pessoas
considera inaceitáveis cores de intensidade tão altas quanto 30 mg/l. Na
prática a cor raramente é medida, porém examinada por inspeção manual. Não
deve haver cor de intensidade apreciável num bom suprimento de água
potável.
A cor verdadeira da água se origina da lixiviação da matéria orgânica nos
pântanos e nas regiões das bacias fluviais cobertas por florestas. Os
cursos d'água sujeitos à poluição por refugos de fábricas de polpa de papel
pelo processo sulfito e por curtumes podem apresentar cores intensas cujo
tom é diferente da cor chá característica da drenagem dos pântanos.
A cor da água é inofensiva, mas naturalmente deprecia a aparência física da
água. Em geral pode-se dizer que cores intensas mais de 10 a 15 partes por
milhão são mal aceitas pelo público e que a preferência da cor deve ser
menor que 5 partes por milhão.
A cor em sistemas públicos de abastecimento é esteticamente indesejável e
economicamente prejudicial para algumas indústrias.
GOSTO E ODOR – Estão intimamente relacionadas e freqüentemente o que se
chama de gosto é realmente percebido como odor. O gosto e o odor são as
menos toleradas das propriedades (características físicas). Águas
aceitáveis não possuem essencialmente quaisquer delas.Testa-se melhor o
gosto ao cheirar-se a amostra quando a água está morna a 65( C. O gosto e o
odor são meios primários pelos quais se determina o uso ou aceitabilidade
da água.O sabor da água é difícil de ser quantificado, porém o odor se faz
preparando diluições sucessivas da amostra até que a sensação de odor seja
apenas perceptível.
As fontes naturais de odor e sabor podem ser classificadas em duas
categorias:
NATURAIS – São as substâncias que chegam às águas por causas naturais tais
como algas, vegetação em decomposição, bactérias, fungos compostos
inorgânicos (SO4, Cl, H2S ).
ARTIFICIAIS – São as provenientes de águas residuárias domésticas ou
industriais que surgem da atividade do homem. (Cresóis, mercaptans e certas
aminas).
A água deve ser inodora (odor). Não se deve provar o gosto de água
suspeita , ou melhor antes de se fazer uma análise bacteriológica ou pelo
menos os testes primários de contaminação bacteriológica. O gosto pode ser
insípido característico, agradável ou salino.
SÓLIDOS EM SUSPENSÃO – A carga de material em suspensão, silte, argila,
etc ) existente em uma amostra de água pode ser filtrada ou melhor
separada por filtragem depois de seca e pesada e registrada em termos de
mg/litro. Como o material coloidal não é separado o termo deveria ser
"sólidos filtráveis". Ocasionalmente a parte da carga em suspensão que
consiste de partículas maiores é determinada em separado.Tais materiais são
denominados sólidos decantáveis e sua medição é feita após 1 hora de
decantação. A quantidade de sólidos em suspensão deve ser zero ou
aproximadamente zero para águas potáveis.
TURBIDEZ – É o termo usado para designar a medida de materiais em suspensão
os quais reduzem a limpidez da água. Não é o mesmo que sólidos em
suspensão, mas sim a medida que especifica o simples efeito causado por
tais materiais. As medições são feitas pela escala de padrão de sílica e a
unidade é a intensidade de turbidez produzida por 1 mg de sílica por litro,
tal como terra diatomáceas em água destilada. Águas potáveis não devem
possuir mais de 3 mg de turbidez.
Os resíduos industriais exercem efeitos prejudiciais à água onde são
descarregados, eles podem ser: Matéria em suspensão ou coloidal que provoca
a turbidez e dificulta a coagulação e filtração, materiais em dissolução,
resíduos de refinaria de açúcar e curtume, que dissolvidos aumentam a
turbidez e as bactérias que aumentam a despesa na purificação da água,
substâncias orgânicas e minerais, compostos sulfurosos. Nitrogênio de
vários resíduos que provocam gosto e odor.
Os resíduos de óleo e gás são condenáveis pelo gosto desagradável, quando o
óleo é cru a aparência dos mananciais muda e produz odores nos processos de
coagulação, filtração e sedimentação.
A aeração da água é usada para:
Eliminação de substâncias que produzem gosto e odor como o H2S, compostos
orgânicos voláteis. Substâncias que aumentam a ação corrosiva da água como
o CO2 e H2S, gases como CH4, gases da atmosfera em particular o oxigênio.
Às vezes adiciona-se o CO2 à água para baixar o valor do seu pH e aumentar
a volatilidade do H2S para remoção mais efetiva.
Usa-se carvão ativo para remoção do gosto e odor se a água tiver odor
significa matéria orgânica em decomposição.
Cloretos altos e dureza alta dão sabor à água.
CONSTITUINTES IÔNICOS
pH - A maioria das águas naturais estão classificadas no pH 7 a 8,5,
valores estes que podem ser utilizados para beber ou irrigação. Uma água
com pH maior que 9 é inadequada para quaisquer destes usos.
SÓDIO – É muito encontrado nas águas naturais e nos oceanos. Não é um
critério para potabilidade a ser usado por pessoas saudáveis por seu gosto
salgado ser desagradável antes de atingir a significação fisiológica. No
entanto valores da ordem de 200 mg/l causam injúrias à pessoas que sofrem
do coração, fígado ou aparelho circulatório, para pessoas saudáveis a
tolerância pode ser maior. Assim, uma água potável especial deve ser
ocasionalmente por eles utilizada. O sódio produz solo bastante alcalino
caracterizado por uma cultura pobre e baixo conteúdo de ar e permeabilidade
pobre. Altos níveis de sódio causam distúrbios nutritivos nas plantas; pois
retardam a absorção de cálcio, magnésio e potássio. Isto ocorre usualmente,
quando o complexo de permuta do solo se torna saturado de sódio em 40 ou
50% .
POTÁSSIO – É essencial ao crescimento das plantas e é comum ser adicionado
à terra como fertilizantes. O potássio ocorre sempre em pequenas
quantidades e é benéfico às plantas. Raramente a sua concentração vai de
alguns miliequivalentes por litro nas águas naturais. Ele raramente tem
efeito na fisiologia humana .O potássio se assemelha ao cálcio e ao
magnésio em seus efeitos sobre as propriedades dos solos. Por sua
similaridade química o sódio e o potássio são quase sempre apresentados em
um todo e considerados com uma unidade química, pelos técnicos de
laboratório.
CLORETOS – O íon de cloreto ocorre em todas as águas naturais em
quantidades variáveis. É o principal anion existente nos oceanos e nas
descargas de certas fontes minerais. Altas concentrações de cloretos nas
águas podem trazer restrições ao sabor da água e, desta maneira, levar o
consumidor a procurar outras fontes de suprimento, freqüentemente de
qualidade sanitária pouco desejável. Quando a concentração de cloretos
atinge 300 mg/l isto só pode ser notado por pessoas de paladar muito
sensível. Outras pessoas só poderão percebê-lo quando a concentração
atingir 700 mg/l. Os seres humanos geralmente não toleram mais de 1500
mg/l. O conteúdo de 250 mg/l é aceito como limite máximo preferido em águas
potáveis. Concentração de cloretos acima da média regional pode indicar
poluição.
A DESFERRIFICAÇÃO pode ser feita por simples aeração e posterior filtração.
A AERAÇÃO oxida o ferro e este precipita como Fe(HCO3)2.
A DESMANGANIZAÇÃO pode ser feita mediante filtração. Após a filtração
costuma-se tratar a água com um desinfetante, cloro, ozônio ou calor, luz
(UV).
A ESTERILIZAÇÃO pode ser obtida mediante aquecimento da água a 60( C por
15 minutos e depois aumenta a temperatura a 100( C por segundo.
Para a CLARIFICAÇÃO faz-se a floculação, decantação, filtração e
esterilização.
Para se RETIRAR O EXCESSO DE CO2 pode-se :
1- Fazer aeração.
2- Combinar o excesso de CO2 com leite de cal
3- Filtrar em filtros magnos (CaCO3 + MgO )
A DUREZA é definida como a soma dos cátions polivalentes expressos numa
quantidade equivalente de CaCO3. O cálcio e o magnésio são os principais
elementos nas águas naturais que chegam a causar dureza. A dureza da água
resulta da dissolução de minerais alcalino-terrosos no solo e das rochas ou
que provem da poluição direta por resíduos industriais. No passado
considerava-se como dureza a medida da capacidade da água em precipitar o
sabão. Este é precipitado pelos íons de cálcio e magnésio quase sempre
presentes na água, mas também podem ser precipitados pelos íons de outros
metais como o ferro, o alumínio, o manganês, estrôncio e o zinco. Mas estes
outros íons estão sempre em pequenas quantidades quase que insignificantes
e então se considera a dureza da água como devida a apenas os íons de
cálcio e de magnésio.
O CÁLCIO é essencial ao crescimento das plantas, e a sua abundância em uma
água para irrigação tende a reduzir os perigos de um alto teor de sódio.
O MAGNÉSIO não deve exceder a 150 mg/l na água potável, a concentrações
elevadas produz um gosto salobro e talvez efeitos biológicos adversos, a
pessoas expostas a conteúdo de magnésio maior do que estão acostumadas,
podendo inclusive sofrer distúrbios intestinais temporários. O magnésio é
essencial ao crescimento das plantas porque é um importante constituinte da
clorofila. Sua presença em um suprimento de água para irrigação tende a
reduzir os perigos de um alto teor de sódio.
ALCALINIDADE – É a capacidade de uma água contendo um ou mais compostos,
com ou sem hidrólise, neutralizar ácido forte a um pH 4,5. A determinação
da alcalinidade é uma medida do excesso de constituintes básicos acima da
quantidade necessária para equilibrar os constituintes ácidos fortes. A
alcalinidade da água é ocasionada principalmente pela presença de
bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos. As concentrações relativas de
hidróxido, carbonatos e bicarbonatos são função da temperatura, pH e
concentração de outros sólidos dissolvidos.
SULFATOS – Devido a uma ocorrência comum de gesso nos solos e sedimentos, o
íon de sulfato é o principal constituinte de muitas águas das regiões
áridas. Para fins de potabilidade o teor de sulfatos não deve exceder a 250
mg/l. Águas contendo mais de 500 mg/l, provavelmente terão efeitos
laxativos, quando utilizadas pela primeira vez, se bem que se possa ficar
acostumado a tais quantidades, com o passar do tempo. Águas contendo mais
de 2000 mg/l provavelmente não podem ser toleradas pelas pessoas, sem um
período de adaptação bastante longo.
SÍLICA – Ocorre em todas as águas naturais sob forma de partículas
coloidais ou finamente divididas. Nos seres humanos a sua presença não
causa quaisquer efeitos fisiológicos porém é importante quando a água é
utilizada para fins industriais, pois forma incrustações resistentes nas
caldeiras.
NORMAS RECOMENDÁVEIS PELA OMS para águas residenciais, controle de água de
poço.
1-Análise Bacteriológica Mensal (água de torneira).
2- Análise Bacteriológica Trimestral (água de poço e da torneira).
3- Análise Bacteriológica e Química de todo o sistema semestral.
Os SÓLIDOS TOTAIS presentes na água classificam-se em:
SÓLIDOS DISSOLVIDOS, que são capazes de atravessar papel de fibras de vidro
em cadinho de Gooch.
SÓLIDOS EM SUSPENSÃO que são retidos, pelo papel de fibras de vidro. Os
sólidos dissolvidos e em suspensão, diferenciam-se em fixos, que são as
substâncias inorgânicas e em voláteis, que compreendem a matéria orgânica e
os compostos transformáveis em vapor quando aquecidos a 600( C.
SÓLIDOS SEDIMENTÁVEIS constituem o volume que sedimenta em uma hora em cone
de Imhoff (ml/l ).
Os padrões de qualidade da água para consumo humano da OMS fixam um teor
máximo desejável de sólidos totais 500 mg/l e o teor máximo permissível de
1500 mg/l.
SÓLIDOS TOTAIS DISSOLVIDOS – Nas águas naturais, os sólidos dissolvidos
estão constituídos principalmente por carbonatos, bicarbonatos, cloretos,
sulfatos, fosfatos e, possivelmente, nitratos de cálcio, magnésio,
potássio, baixos teores de ferro, magnésio e outras substâncias.
TRATAMENTO DE ÁGUA POTÁVEL
INTRODUÇÃO: As companhias de abastecimento de água fazem a captação da água
em rios, represas, lagos e até no fundo da terra, depois por bombeamento ou
por gravidade a água é levada pela Calha Parshall para realizar a mistura
coagulante e coadjuvante, sulfato de alumínio e cal.
O sulfato de alumínio é armazenado em tanques de fibra de vidro em
plataforma especial e a cal é armazenada em sacos de 50 Kg dentro da Casa
de Química onde são preparadas soluções e, posteriormente, realizada a
dosagem dos produtos. Da calha Parshall a água chega até os floculadores
através de um canal de água coagulante onde já tem o sulfato de alumínio
que permite a formação de coágulos de sujeira.
TERMOS RELACIONADOS À CLORAÇÃO SIMPLES: A cloração simples é definida como
a aplicação do cloro a um suprimento de água não tratada quando esta entra
no sistema de distribuição ou na rede de canalização a que este se dirige,
é também conhecida com o termo de CLORAÇÃO COMUM.
A PRÉ-CLORAÇÃO é definida como a aplicação de cloro à água antes de
qualquer tratamento. Tem muitas vantagens uma vez que pode ser usada para
melhorar a coagulação, para suprimir a decomposição da matéria orgânica nos
depósitos de lodo nos decantadores, para permitir o controle das algas e
outros organismos microscópicos nos tanques, oxidando a matéria orgânica
para remover certos gostos e odores e para manter em nível mínimo, o
crescimento biológico nos filtros.
A PÓS-CLORAÇÃO é definida como a aplicação do cloro à água posteriormente a
qualquer outro tipo de tratamento. Quando a pós-cloração segue-se à
filtração, é desejável adicionar o cloro ao efluente do filtro ou ao
afluente do reservatório de água tratada, de modo a dar ao cloro o máximo
contato possível antes que ele atinja o consumidor. Onde isto for
impossível o cloro pode ser adicionado ao efluente do reservatório de água
tratada. A pós-cloração, quando aplicada adiante dos filtros auxilia na
manutenção da eficiência dos filtros. A segunda aplicação do cloro eleva o
residual de cloro na água distribuída a um valor predeterminado,
restabelecendo, assim, no produto final, um residual que tinha sido
consumido no processo de purificação.
ÁGUAS P/ CALDEIRAS
(QUEST) 1) FINALIDADE: Evitar incrustações, corrosões e possíveis
acidentes.
2) PRINC. IMPUREZAS:
Sólidas: carbonatos, cloretos (sais)
Líquidas: óleo, detergentes.
Gases: NH3, CO2, H2, chuva ácida, deriv.de SeN.
FONTES DE POLUIÇÃO:
A – Industrial, em que normalmente são encontrados ácidos, matéria
orgânica, sais, óleos e detergentes.
B – Doméstica (esgoto), que apresenta como poluentes principalmente matéria
orgânica, detergentes.
C – Natural, apresentando principalmente, limo, argila, matéria orgânica
oriunda da decomposição das plantas, etc.
3) BAIXAxALTA PRESSÃO: Em trabalhos à baixa pressão, uma pequena quantidade
de alguns tipos de incrustações é às vezes, benéfica, agindo como barreira
ao ataque corrosivo, porém, em caldeiras a pressões elevadas, tais
incrustações não podem ser toleradas.
4) AÇÃO DISSOLVENTE: A sua condutibilidade térmica é geralmente muito baixa
e, em alguns casos, uma incrustação com apenas 1 mm de espessura, pode
causar um perigoso aumento na temperatura do metal dos tubos da parede de
uma caldeira a alta pressão. A ação dissolvente da água sobre as rochas
calcáreas, é devida ao conteúdo de dióxido de carbono.
As reações que se processam são as seguintes:
CaCO3 + CO2 + H2O ( Ca(HCO3)2
Carbonato Dióxido de Água Bicarbonato
de Cálcio Carbono de Cálcio
(Insolúvel) (solúvel)
MgCO3 + CO2 + H2O ( Mg(HCO3)2
Carbonato Dióxido de Água Bicarbonato de
de Magnésio Carbono Magnésio
(Insolúvel) (solúvel)
7) A dureza da água devida a bicarbonatos é chamada dureza temporária, em
carbonatos, ou alcalina, enquanto a dureza devida a outros sais de cálcio e
de magnésio, tais como cloretos, sulfatos, etc chama-se dureza permanente,
em não carbonatos ou não alcalina.
8) PURIFICAÇÃO:
DESTILAÇÃO: Na destilação, as matérias sólidas presentes na água não a
acompanham, quando esta passa para o estado de vapor. Portanto, todas as
substâncias sólidas dissolvidas na água são eliminadas por esse processo.
No entanto os gases dissolvidos na água acompanham o vapor que está sendo
produzido. Devido a isso, são colocados sistemas de expurgo de gases, com a
finalidade de remover a maior parte de ar (oxigênio), dióxido de carbono,
amônia.
ARRASTAMENTO: Esse fenômeno está associado à fervura da água, isto é,
devido ao fato de que, quando as bolhas de vapor atingem a superfície da
água, elas se rompem e algumas diminutas partículas de água são projetadas
no espaço do vapor. Essas partículas são tão pequenas, que a velocidade do
vapor pode ser suficiente para carregá-las adiante, ou seja para outras
partes do sistema. Como cada uma dessas partículas contem todas as
substâncias dissolvidas no todo da água, essas substâncias são adicionadas
ao sistema de alimentação das caldeiras.
CARREGAMENTO: Esse termo é usualmente empregado para definir o fenômeno da
expulsão do líquido no espaço do vapor, pela extremamente rápida, quase que
explosiva fervura da água em superfícies de aquecimento. É uma ação
espasmódica enquanto que o arrastamento, normalmente é contínuo.
ESPUMAÇÃO: Esse fenômeno ocorre quando bolhas de vapor se formam nas
superfícies de aquecimento mas ao invés de se romperem normalmente, juntam-
se, formando uma camada de espuma na superfície da água. Essa espuma pode
preencher o espaço do vapor a uma tal extensão, que parte dele pode entrar
nos tubos de vapor.
DESMINERALIZAÇÃO: Esse processo baseia-se na capacidade que tem certas
substâncias, de reter ÍONS dissociados que entram em contato com elas e
ceder outros ÍONS diferentes daqueles retidos. Tais substâncias chamam-se
trocadores iônicos, que são resinas sintéticas e constituem-se duas
categorias a saber:
RESINAS TROCADORAS DE CÁTIONS
São substâncias que tem a capacidade de reter os cátions de sais
dissolvidos, dissociados ionicamente na água substituindo-os por outros. No
caso da desmineralização o cátion fornecido pelo trocador catiônico é o
hidrogênio. Portanto, todos os cátions dissolvidos na água são retidos
pela resina e são substituídos pelo hidrogênio.
RESINAS TROCADORAS DE ÂNIONS
São substâncias que têm a capacidade de reter ânions de sais dissolvidos e
dissociados ionicamente na água, substituindo-os por outros. No caso da
desmineralização da água, esta passa primeiramente pela resina trocadora de
cátions, onde todos os sais dissolvidos têm seus cátions retidos. Então,
como já vimos, seus anions, em combinação com o hidrogênio formam os ácidos
correspondentes. A água contendo esses ácidos é enviada para a resina
trocadora de anions e as reações que se processam são as seguintes:
R-OH + HCl ( R-Cl + H2O
R-(OH)2 + H2SO4 ( R-SO4 + 2H2O
10) Como eliminar CO2 e O2 por processos físicos?
CO2 – torre de remoção ; O2 – desaeração à vácuo ou térmica.
11) Como se elimina oxigênio quimicamante?
Com Hidrazina (usando controladamente).
EFEITOS CORROSIVOS DE GASES DISSOLVIDOS EM ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DE CALDEIRAS
AMÔNIA: Por si só, não provocaria corrosão e seria até benéfica, em
pequenas proporções, devido ao seu efeito de neutralizar o ácido carbônico
e de elevar o pH da água. No entanto, em presença de oxigênio, ela se torna
altamente corrosiva ao cobre e suas ligas.
Com relação aos metais ferrosos, a amônia não apresenta caráter corrosivo
pelo contrário, ela tem um caráter protetor.
CO2: Mesmo na ausência de oxigênio dissolvido, a água contendo dióxido de
carbono tem caráter corrosivo, tanto para metais ferrosos, como para o
cobre e suas ligas, corrosão essa que se processa de maneira mais ou menos
uniforme em toda a superfície do metal. O ataque é, geralmente, mais severo
em sistemas que funcionam intermitentemente ou em conexões rosqueadas. Nos
dois primeiros casos devido à incompleta drenagem e no último porque,
aparentemente, a tensão residual nas roscas torna-as mais susceptíveis à
corrosão.
O2 DISSOLVIDO: Além de, por si só, ser altamente corrosivo, torna a
amônia corrosiva ao cobre e suas ligas, como já vimos, e aumenta também o
poder corrosivo do dióxido de carbono. A 60(C, à mesma concentração molar,
a corrosão provocada pelo oxigênio dissolvido é cerca de oito vezes maior
que a provocada pelo dióxido de carbono.
Quando os dois gases estão dissolvidos na mesma solução, a taxa de corrosão
é cerca de 10 a 400 % maior que a soma das taxas de corrosão que se teria
com os dois gases separadamente.
MEDIDAS PREVENTIVAS:
AMÔNIA: Se uma pequena quantidade de amônia estiver presente no circuito de
alimentação, proveniente da água bruta (quando se utiliza evaporador), da
decomposição da hidrazina (adicionada para combater o oxigênio dissolvido),
ela poderá ser benéfica (em ausência de oxigênio dissolvido), por
neutralizar o ácido carbônico e elevar o pH, desde que se mantenha em
concentrações que bastem para a manutenção do pH adequado, que a
experiência têm demonstrado ser da ordem de 9,2 a 9,5. Essa faixa de pH é
mantida por si própria, a fim de evitar a corrosão tanto do cobre como do
ferro, pois trabalhando abaixo dela há o risco certo de corrosão do ferro.
Com o pH da ordem de 10,0 ou maior, há a possibilidade de que se dissolva a
película protetora de óxido de cobre que normalmente se forma sobre o
metal.
CO2: A recomendação, no caso, é para o uso de substâncias voláteis que não
se concentrarão na caldeira, saindo com o vapor e dando proteção ao ciclo.
A amônia e aminas voláteis, como morfolina e ciclo hexamina, são os
produtos comumente usados. Há controvérsias sobre as vantagens ou
desvantagens do uso de uma ou outra dessas substâncias. Quanto à amônia, é
o produto mais barato dos três e a que precisa ser adicionada em menores
quantidades, para a elevação do pH. Durante alguns anos, o uso da amônia
chegou a ser quase abandonado mas, ultimamente, está voltando a ter
preferência. Outra amina que tem sido indicada como medida preventiva
contra o ataque do dióxido de carbono (e também o oxigênio dissolvido) é a
octadecilamina. A sua função é a de formar uma película protetora. É um
produto insolúvel na água, mas que pode ser aplicado em forma de dispersão.
É estável a temperaturas de até 535(C, segundo alguns, ou até maiores,
segundo outros, mas a película formada parece não ser muito consistente em
condições de operação, razão pela qual deve ser adicionada continuamente,
na proporção de 1 a 2 ppm. A quantidade requerida independe das
concentrações de dióxido de carbono e oxigênio dissolvido. Deve ser apenas
suficiente para a formação e manutenção da película.
O2 DISSOLVIDO: a maior parte do oxigênio dissolvido em água de alimentação
é facilmente removível por processos físicos de desaeração. É necessária
também a adição de agentes redutores, capazes de reagirem com os traços de
oxigênio ainda presentes após a desaeração.
Antigamente, o produto universalmente aceito era o sulfito de sódio, que
ainda é e pode ser usado, mas somente em caldeiras à baixa pressão. Nas de
alta pressão o seu uso tem sido condenado, devido à sua decomposição, que
pode produzir ácido sulfídrico (H2S) ou dióxido de enxofre (SO2 ).
Atualmente, o produto mais utilizado tem sido a HIDRAZINA, que é um produto
volátil não aumentando o conteúdo de sólidos na água de caldeira, o que,
sem dúvida é uma vantagem considerável. A sua reação com o oxigênio dá como
resultado água e nitrogênio.
N2H4 + O2 ( 2H2O + N2
o uso de hidrazina não deve ser feito sem um controle perfeito e sem um
conhecimento da concentração de oxigênio dissolvido que se precisa
eliminar.
17) Em que cond. a amônia pode ficar dissolvida nas águas de caldeiras?
Qndo ñ existir nem O2, nem CO2.
18) Qual o tipo de controle da alcalinidade + adequado e o + agressivo?
Adequado: Fosfato tri-sódico e NaOH ou fosfato coordenado.
Agressivo: baixo teor de NaOH.
TIPOS DE CONTROLE DA ALCALINIDADE
CARBONATO DE SÓDIO
Com esse processo, se precipitam os sais de cálcio e de magnésio, desde que
se mantenha um excesso de cerca de 300 ppm de carbonato de sódio (para
remoção do cálcio) e apenas poucas partes por milhão de soda cáustica (para
remoção do magnésio). Tem a vantagem do baixo custo e fácil manuseio e a
desvantagem de liberar gás carbônico que dará características ácidas ao
vapor.
FOSFATO TRI-SÓDICO e SODA CÁUSTICA
O seu uso garante tanto a remoção do cálcio na forma de fosfato básico,
como do magnésio, na forma de hidróxido. O valor do pH deve ser mantido
acima de 10 para assegurar uma melhor remoção do cálcio, e no máximo de 11
para evitar concentrações elevadas de soda cáustica. Esse tipo de controle
tem a vantagem de evitar eficientemente incrustações, tanto de cálcio como
de magnésio, por precipitá-los de forma floculenta e não aderente,
facilmente eliminados das caldeiras, por meio de purgas de sua água. A sua
principal desvantagem é a de oferecer o perigo de altas concentrações de
soda cáustica, principalmente nas zonas de alta transferência de calor, com
conseqüente corrosão.
FOSFATO COORDENADO
Esse tipo de tratamento consiste na manutenção do valor do pH da água de
caldeira dentro da faixa requerida, sem a utilização de soda cáustica.
Sugere-se que o valor do pH seja mantido em cerca de 0,1 unidade abaixo da
curva. Com isso, se estará garantindo a ausência de Soda Cáustica livre e,
portanto, eliminando os problemas de corrosão por ela causados, o que seria
a sua principal vantagem. Como desvantagem, haverá o fato de que serão
necessárias dosagens elevadas de fosfato para garantir a precipitação do
cálcio em forma floculenta, não aderente e, então, não é aconselhável o seu
uso quando a água de alimentação contiver altas concentrações de cálcio. Um
dos problemas encontrados que se tem observado em caldeiras de alta
pressão, que usam o tratamento por fosfato coordenado é que, em algumas
ocasiões, durante a parada das caldeiras, registra-se uma sensível queda no
valor pH da sua água e de um aumento na concentração de fosfatos mono e di-
sódicos ou ácido fosfórico.
Para tentar minimizar este problema, tem-se procurado a alternativa de se
empregar dosagens mínimas de fosfatos, mantendo um residual de apenas 2 a 3
ppm. Isso, porém, só é indicado, quando a água de alimentação tiver um alto
grau de pureza.
ÁCIDOS VOLÁTEIS
Nesse tipo de tratamento, deixa-se de adicionar qualquer produto químico
sólido (fosfato, soda cáustica, etc) à água da caldeira. O valor do pH é
mantido dentro da faixa requerida para evitar corrosão pela adição de
amônia ou aminas voláteis.
BAIXO TEOR DE SODA CÁUSTICA
Nesse tipo de tratamento, o valor do pH da água da caldeira é mantido na
faixa de 9,6 a 10 por meio da adição de pequenas quantidades de soda
cáustica (cerca de 2 ppm em termos de OH).
A concentração total de sólidos dissolvidos na água é mantida em valores
mínimos, o que se consegue por um controle rigoroso e constante da
qualidade de alimentação e por descargas (purgas) da água da caldeira,
assim que os limites máximos permissíveis sejam alcançados.
HIDE-OUT
É a cristalização de certos produtos químicos (antes dissolvidos na água)
sobre o metal dos tubos das caldeiras. Isso ocorre em regiões das caldeiras
onde a razão da transferência de calor é alta, o que faz a produção de
vapor aumentar e tornar a solução concentrada. Conseqüentemente haverá uma
diminuição da concentração desses produtos na água da mesma.
FRAGILIZAÇÃO DO METAL DAS CALDEIRAS
HIDROGÊNIO
O hidrogênio, após penetrar no aço sob condições favoráveis de pressão e
temperatura, reage com o carbono para formar o metano de acordo coma
seguinte reação :
Fe3C + 2H2 ( 3Fe + CH4
Essa reação faz com que haja uma concentração dos grãos, devido à uma
diferença de densidade entre o carbeto de ferro (Fe3C) e o ferro formado.
Em conseqüência disso, o aço perde sua resistência às deformações, isto é,
se torna fragilizado, podendo sofrer fendimento.
CÁUSTICA (NaOH)
Em linhas gerais, a fragilidade cáustica seria uma das formas primárias de
corrosão, para que o fenômeno da fragilidade por hidrogênio ocorra, pois
quando a soda cáustica (ou potassa cáustica) reage com o ferro, há a
liberação de hidrogênio, de acordo com a reação.
Fe + 2NaOH ( Na2FeO2 + H2
O hidrogênio liberado seria absorvido pelo aço e teríamos, então, o
fenômeno da fragilidade pelo hidrogênio. Aparentemente, para que o
fendimento pelo álcali ocorra, são necessárias três condições:
1. O material deverá estar sujeito à tensões.
2. A concentração de soda cáustica deverá ser maior que 10%.
3. Certos compostos deverão estar presentes na superfície do metal, sendo
um dos mais importantes o silicato de sódio.
CORROSÃO
É a deterioração de qualquer material.
Se for metálico, ocorrerá por ação química ou eletroquímica do meio
ambiente, aliada ou não a esforços mecânicos.
Se não for metálico: ocorrerá devido à ação do meio-ambiente.
CORROSÃO QUIMICA
São, por vezes, denominados corrosão ou oxidação em altas temperaturas. São
menos freqüentes na natureza e surgem basicamente com a industrialização
envolvendo operações em temperaturas elevadas. Tais processos se
caracterizam basicamente por:
- Realizarem-se na ausência de água.
- Realizarem-se em geral em temperaturas elevadas, sempre acima do ponto de
orvalho da água.
- Realizarem-se devido a interação direta entre o metal e o meio corrosivo.
CORROSÃO ELETROQUÍMICA
É um processo corrosivo que se realiza na presença de água, em geral na
temperatura ambiente devido à formação de uma pilha ou célula de corrosão.
A pilha ou célula de corrosão eletroquímica é constituída de quatro
elementos fundamentais:
1- Área anódica: superfície onde se verifica o desgaste.
2- Área catódica: Superfície protegida onde não há desgaste (reações
redução).
3- Eletrólito: Solução condutora que envolve as áreas anódicas e catódicas.
4- Ligação elétrica: Região entre as áreas anódicas e catódicas.
A variação de energia livre que acompanha a reação é dada pela expressão G
= nFE pode ser utilizada para prever a espontaneidade ou não das reações.
G = Variação da Energia livre (joules/mol).
n = Número de elétrons envolvidos na reação.
F = Constante de Faraday (96500 Coulombs).
E = Potencial da pilha de Corrosão (Volts).
G ( 0 – reação espontânea.
G ( 0 – reação não espontânea.
LIMITAÇÕES DA TABELA DE POTENCIAIS ELETROQUÍMICOS
A – Indica a tendência a oxidação mas não considera a velocidade de reação.
B – Foi construída para os metais na presença de solução 1 Molar de seus
próprios íons, observa-se que a variação na concentração pode alterar
substancialmente o potencial do eletrodo.
C – Só considera metais puros na presença de seus íons. Na prática, é mais
freqüente a utilização de ligas metálicas.
MEIOS CORROSIVOS
Os meios corrosivos em corrosão eletroquímica são responsáveis pelo
aparecimento do eletrólito que é uma solução eletricamente condutora
constituída de água contendo sais, ácidos ou bases.
PRINCIPAIS MEIOS CORROSIVOS
1- Atmosfera: Contem umidade, sais em suspensão, gases industriais, poeira
etc. O eletrólito é a água que condensa na superfície metálica na presença
de sais ou gases de enxofre.
2- Solos: Contem umidade e sais minerais alguns solos apresentam também
características ácidas ou básicas. O eletrólito constitui-se da água com
sais dissolvidos.
3- Águas Naturais: Rios, lagos, sub-solos: elas podem conter sais minerais,
eventualmente ácidos ou bases resíduos industriais, poluentes diversos e
gases dissolvidos. O eletrólito é a água com sais dissolvidos.
4- Água do Mar: Contem quantidade apreciável de sais minerais sendo a
seguinte constituição: Cl-1 , SO4-2 , HCO3-1 , Br-1 , I-1 , F-1 , Na+ , K+
, Ca+2 , Mg+2.
A água do mar é um eletrólito por excelência em virtude da acentuada
presença de sais dissolvidos. Gases aceleram o processo corrosivo.
5- Produtos Químicos: Os produtos químicos desde que em contato com a água
ou com a umidade formam um eletrólito e podem provocar corrosão
eletroquímica.
DESIGNAÇÃO DOS MEIOS CORROSIVOS
1- CORROSÃO GALVÂNICA
É o processo corrosivo resultante do contato elétrico de materiais
diferentes ou dissimilares. Este tipo de corrosão será tão mais intenso
quanto mais distantes os materiais estiverem na tabela de potenciais
eletroquímicos.
2- CORROSÃO EM FRESTAS
As frestas estão sujeitas à corrosão por aeração diferencial e por
concentração diferencial. Frestas ocorrem normalmente em juntas soldadas
com chapas sobrepostas, em juntas rebitadas, em ligações flangeadas, em
ligações rosqueadas, em revestimentos com chapas aparafusadas, etc.
3- CORROSÃO ATMOSFÉRICA
São os processos corrosivos de estruturas aéreas. A intensidade da corrosão
atmosférica depende basicamente da umidade relativa do ar, do teor de sais
em suspensão e do teor de gases provenientes da queima de combustíveis,
especialmente gases de enxofre.
Em atmosferas isentas de umidade as ligas ferrosas apresentam baixas taxas
de corrosão, tornando o processo corrosivo acentuado apenas acima de 60% da
umidade relativa do ar. Sais em suspensão normalmente aceleram os processos
corrosivos, essa é a razão pela qual na orla marítima e sobre o mar a
atmosfera é muito agressiva.
Quanto ao teor de gases proveniente da queima de combustíveis o mais
importante é o SO2 que é oxidado a SO3 e na presença de umidade forma o
ácido sulfúrico, tornando as atmosferas industriais altamente agressivas.
4- CORROSÃO PELOS SOLOS
São os processos corrosivos observados em estruturas enterradas. Essas
estruturas são em geral tubulações, estacas metálicas, cabos de transmissão
de energia e telecomunicações, tanques enterrados, etc. A intensidade da
corrosão pelos solos depende da umidade, do teor de sais minerais e do
caráter ácido ou básico.
Na prática de corrosão utiliza-se em geral o valor de resistividade do solo
como índice de sua agressividade. Um solo de resistividade baixa é mais
agressivo possui umidade permanente e sais minerais dissolvidos, enquanto
que um solo de resistividade elevada é menos agressivo possui menos umidade
e sais minerais dissolvidos.
5- CORROSÃO PELA ÁGUA
São os processos corrosivos observados em estruturas submersas (rios,
lagos, mar).
As estruturas sujeitas a esta corrosão são: estacas de piers, tubulações
submersas, embarcações, instalações de água de refrigeração, instalações de
geração de vapor, instalações de tratamento e distribuição de água. Essas
estruturas submersas em água doce as taxas de corrosão dependerão da
quantidade de sais ácidos ou bases dissolvidas. Os ácidos geralmente
aceleram o processo corrosivo, a presença de base retarda o processo
corrosivo. As estruturas submersas em água salgada são sempre sujeitas à
corrosão que poderão ser aumentadas pela presença de agentes poluentes.
6- CORROSÃO POR BACTÉRIAS
Os processos de corrosão podem ser acelerados na presença de bactérias e dá-
se o nome de corrosão bacteriana.
Em geral ocorre em tubulações enterradas, permutadores de calor
(resfriadores, tanques de combustíveis de aviação, tubulações de esgoto,
condensadores etc ).
As bactérias tornam o meio corrosivo mais agressivo.
7- CORROSÃO ELETROLÍTICA
São os processos corrosivos de natureza eletroquímica, ocasionados em
estruturas enterradas ou submersas devido ao fluxo de corrente contínua no
eletrólito.As causas do fluxo de corrente contínua em um eletrólito são as
mais diversas sendo as mais comuns: máquinas de solda, sistemas
eletrificados em corrente contínua (trens, bondes, metrôs).
As correntes dispersas no eletrólito recebem diversas denominações sendo no
Brasil as denominações mais comuns em trabalho: correntes de fuga e
correntes de interferência.
8- CORROSÃO POR COMPOSTOS DE ENXOFRE
São os processos corrosivos observados em unidades de processo, que
utilizam petróleo contendo enxofre e aqueles que ocorrem devido ao
condensado ácido nas partes frias de equipamentos que usam combustíveis com
alto teor de enxofre.
Em temperaturas elevadas, a reação de corrosão é a seguinte:
Fe + H2S ( FeS + 2H+
O hidrogênio gerado na reação anterior provoca fragilização pelo
hidrogênio. A corrosão por condensação ácida ocorre em fornos, caldeiras,
etc, o enxofre é oxidado a SO2 e depois a SO3 e na presença da umidade gera
H2SO4.
M = K . I . T
M = perda de massa
K = equival. Eletroquímico
I = corrente
T = tempo (s)
Equiv. Químico ( E = PM / valência
LABORATÓRIO
TUBO ENSAIO: ensaio qualitativo, reações c/ peq. quant. de reagentes.
BÉQUER: dissolver, precipitar, aquecer.
ERLENMEYER: dissoluções, filtrações, titulações.
FUNIS: Comum = filtração simples; Segurança = contrabalançar pressão
atmosférica; Buchner = filtrações a vácuo; Separação = separar líquidos ñ
miscíveis (H2O e gasolina).
BALÕES: Volumétricos = preparação de soluções (traço de aferição no
gargalo), é uma das medidas + exatas – ñ pode ser aquecido; Fundo chato ou
redondo = fortes aquecimentos (líq. puros ou soluções), dissoluções,
precipitações, destilações; Destilação fracionada.
PROVETAS: medir líquidos c/ precisão menor q balão volum. – ñ pode ser
aquecido
PIPETAS: medições de líquidos – ñ pode ser aquecida. Volumétrica = aferidas
c/ um ou dois traços; Graduadas = c/ escala de medida exata.
BURETAS: ñ podem ser aquecidas Comuns = titulação (várias formas,
capacidades e divisões nas cores branca ou âmbar). Mohr = titulação com
álcalis.
PISSETAS: lavagem de recipientes através de jatos de água ou outros
solventes (vidro ou plástico).
KITAZATOS: aux. do funil de Buchner nas filtrações a vácuo.
FRASCO DE WOLF: lavagem e preparação de gases.
CRISTALIZADORES: evaporação de líquidos até obtenção de cristais (evapor. a
frio ou quente).
TUBOS REFRIGERANTES: aux. na destilação – tubo refrigerador (reto, bolas,
serpentinas). Ñ aquecer direto na chama.
VIDROS DE RELÓGIO: pesagem e transporte de substâncias, dessecar, cobrir
béqueres. Div. diâmetros. Ñ aquecer direto na chama.
CADINHOS: incinerar e calcinar substâncias Div. formas e diâmetros. Podem
ser de porcelana, vitrosil, níquel, ferro e platina.
CÁPSULAS: dissolver, precipitar e aquecer substâncias. Podem ser de
porcelana, vitrosil e de platina.
DESSECADORES: retirar umidade das substâncias.
ALMOFARIZ: triturar substâncias, podendo ser de porcelana, ferro ou ágata.
TELA DE AMIANTO: protetor de vidraria no aquecimento à chama do Bico de
Bunsen*
*Bico de Bunsen: aquecer, queimar e incinerar substâncias. Fonte de calor
pela combustão de um gás.
TD "To Deliver" ( recipiente entrega. Ex: bureta
TC "To Contain" ( recipiente recebimento. Ex: balão volumétrico.
Fenômeno Físico: ñ altera a identidade química das substâncias. Ex:
pulverização de uma pedra, precipitação de chuvas, sublimação das bolas de
naftalina.
Fenômeno Químico: altera. Ex: Obter amônia a partir de H e N, fotossíntese,
queima do gás de cozinha.
Reações Endotérmicas:
Reações Exotérmicas:
TITULOMETRIA ou ANÁLISE VOLUMÉTRICA fundamenta-se num fato simples: "qndo
substâncias reagem e resultam num processo químico, o nº de equivalentes-
grama de um dos reagentes é = ao nº de equivalentes-grama de qualquer outro
participante da reação".
Material usado: bureta, garra de bureta, pipeta, balão volumétrico,
erlenmeyer.
TITULAÇÃO: é a determinação da concentração de uma substância através do
volume gasto de uma solução de concentração conhecida (solução padrão*).
*Solução Padrão: tem concentração bem determinada e fator** de solução = 1.
**Fator é o nº que corrige o fato de a solução ñ ter a exata concentração.
PADRÃO PRIMÁRIO: solução estável, que ñ se oxida e ñ absorve CO2 nem H2O.
Ex: Na2CO3, H2C2O42H2O (ácido oxálico), (NH4)C2O4 (oxalato de amônio),
NaCl, CaCO3.
INDICADOR: é uma substância que através da mudança de cor dá o ponto final
da titulação.
LEIS PONDERAIS:
LAVOISIER: na natureza nada se cria; tudo se transforma.
PROUST (prop. definidas): Em química as substâncias reagem em proporções
fixas e definidas.
LEI DE RICHTER (prop. equivalentes): Se 02 elementos "A" e "B" reagem entre
si e caso venham a reagir com um terceiro "C", o farão nas mesmas
proporções de massa que se combinam com a massa do primeiro.
DALTON (prop. múltiplas): Se 02 elementos formam + de um composto, então os
pesos diferentes de um deles, que reagem com o peso fixo de outro guardam
entre si uma relação de números inteiros e pequenos.
Exercícios:
1-Um mol de H2O contém:
a) 6,02 x 10²³ moléculas
b) 1 átomo de oxigênio e 2 de hidrogênio
c) 6,02 x 10²³ mols de oxigênio e 12,04 x 10²³ mols de hidrogênio
d)Massa molar = 2 x 1 + 1 x 16 = 18
2-Que quant. de CaO pode ser preparada pelo aquecimento de 200kg de CaCO3 ,
com 95% de pureza? Dados: Ca=40, C=12 e O=16.
solução: CaCO3 ( CaO + CO2 . Obs: 200x95%=190kg. Massa Molar do CaCO3 =
40+12+(16x3)=100
100 ( 56
190 ( Y Y = 106,4Kg.
PESO EQUIVALENTE é o peso do elemento que se combina ou substitui oito
partes em peso de oxigênio. Qndo 02 elementos se combinam se substituem
eles o fazem na relação de seus pesos atômicos.
Reagente limitante: é a menor quant. do produto que se forma qndo todo o
reagente limitante é consumido.
SOLUÇÕES: São misturas unifásicas constituídas de dois ou componentes
(solvente e soluto)
SOLVENTE: é a substância que dissolve as outras.
SOLUTO: é a substância que é dissolvida.
Concentração = quant. soluto / vol. solução
MOLARIDADE = nº de mols / vol. solução
NORMALIDADE = nº equival. soluto / vol. solução
TÍTULO (ou concentr. comum) = nº de gramas soluto / vol. solução.
Exercícios:
1-Tem-se 200mL de ácido oxálico que contém 2,52g. Exprima a concentração
em: a) Molaridade (m/L); b) Normalidade; c) Título; d) %
(solução:
Massa molecular ( H2C2O42H2O = 126.
a) nº mol = massa (g) / massa molecular (g)
nº mol = 2,52 / 126 = 0,02.
Mol = nº mol / V(L) = 0,02 / 0,2 = 0,1 mol / L
b) PM = 126 / 2 = 63
1N ( 63g ( 1000mL
1N ( Y ( 200mL Y = 12,6g
1N ( 12,6 ( 200mL
X ( 2,52 ( 200mL
X = 0,2N
c) 2,52 / 0,2L = 12,6 g/L d) 2,52 ( 200
Y ( 100 Y = 1,26g/100(126%
