Controle de corrosão em torres de resfriamento

As torres de resfriamento fornecem um método eficaz de rejeição de calor e são amplamente utilizadas para aplicações de condicionamento de espaço, refrigeração e resfriamento industrial. O controle da corrosão em sistemas de água de resfriamento é um grande desafio para muitas indústrias em todo o mundo.

Nos circuitos de água de refrigeração, os problemas de corrosão e incrustação não são novos, mas as tendências contínuas na legislação ambiental estão levando a graus cada vez maiores de evaporação e, consequentemente, a concentrações residuais muito altas de várias espécies. Portanto, mesmo que as águas utilizadas sejam inicialmente limpas e não corrosivas, devido a esse efeito de concentração, elas se tornam corrosivas e sua tendência a induzir incrustação e bioincrustação aumenta.

Neste artigo, veremos as torres de resfriamento, os problemas de corrosão mais comuns e como evitá-los.

Tipos de circuitos de torre de resfriamento

Em um circuito fechado, toda a água de resfriamento fica confinada em um circuito fechado. Não há contato com a atmosfera e, portanto, não há risco de contaminação por esta. O calor é removido por condução e convecção através de um circuito secundário e não diretamente por evaporação da água do circuito primário. Os circuitos fechados só podem ser utilizados em instalações de pequeno porte, em sistemas de alta vazão ou em sistemas com unidade de refrigeração (tanque de água gelada).

Figura 1:Fechar o sistema de resfriamento de recirculação
Fonte:Control of Corrosion in Cooling Waters, editado por J.D. Harston e F. Ropital


Os sistemas de resfriamento de recirculação abertos, conforme mostrado na Figura 2, são os mais amplamente utilizados. O circuito semifechado é alimentado por uma alimentação de água de alimentação. A vazão de água circulante é mantida constante por bombas. A água é aquecida pelo fluido de processo quente nos trocadores de calor. A água quente está em contato direto com o ar nas torres de resfriamento, e é resfriada tanto por esse contato quanto por perda de calor latente de evaporação.

Figura 2:Sistema de resfriamento recirculante aberto
Fonte:Control of Corrosion in Cooling Waters, editado por J.D. Harston e F. Ropital

Problemas decorrentes do uso de água não tratada

Os três principais tipos de problemas em circuitos de água de resfriamento são incrustação, corrosão e incrustação. Esses problemas estão fortemente inter-relacionados e as ações corretivas adotadas para tratar um deles frequentemente repercutem nos demais.

Escalonamento

A incrustação ocorre quando uma superfície metálica ou outra fica coberta por um depósito mineral aderente. A característica distintiva em relação a um depósito produzido pela sedimentação de partículas sólidas do líquido é o fato de que a incrustação adere à superfície. Os depósitos de incrustações podem aumentar a retenção de sólidos suspensos.

Em um circuito de refrigeração alimentado por água, a incrustação é essencialmente devido à formação de carbonato de cálcio. A incrustação pode conter posteriormente outras substâncias, como argilas, resíduos de algas ou sulfato de cálcio, mas é sempre o carbonato de cálcio que precipita primeiro, pois sua solubilidade é menor.

Corrosão

A corrosão aquosa de metais é de natureza eletroquímica e envolve duas reações independentes. A primeira reação corresponde à oxidação do metal. A segunda reação é a redução de algumas espécies no meio corrosivo. A reação de oxidação do metal é anódica e libera íons metálicos carregados positivamente na solução e elétrons no metal, conforme mostrado na fórmula abaixo:

(M)_metal --> (M ⁿ⁺ )_solução + não ^-

Posteriormente, os elétrons liberados no metal reduzem um oxidante no meio corrosivo na reação catódica descrita abaixo:

(Boi ^+q )_solução + (ne ^- )_metal --> (Vermelho ^q-n ) _solução

Uma grande variedade de modos de corrosão pode ocorrer dependendo do meio e dos materiais envolvidos. Para ligas de aço, os modos de corrosão mais comuns são corrosão uniforme, corrosão por pites, corrosão em fresta e corrosão intergranular. Para ligas de cobre, os modos de corrosão podem incluir dezincificação e depleção de Al ou Ni.

Incrustação por corrosão induzida por microrganismos

Os microrganismos estão presentes naturalmente em todas as águas. Se proliferarem muito rapidamente, podem criar dois tipos de problemas nos circuitos de água:

• Bioincrustação , que se refere ao acúmulo de colônias de microrganismos nas superfícies dos equipamentos, levando à formação de biofilmes.
• Biocorrosão, que se refere ao ataque químico por microrganismos. No caso de metais, a corrosão é geralmente causada por bactérias.

Em ambos os casos, as consequências da proliferação de micro-organismos podem ser importantes, com perda de eficiência dos trocadores de calor, obstrução de tubulações, aumento de contrapressão e até mesmo vazamento por corrosão disruptiva.

Tratamento de circuitos de água

O objetivo dos tratamentos de água de alimentação a montante é modificar as propriedades da água bruta para atender aos requisitos do circuito em questão. Independentemente do tratamento da água de alimentação, ainda é necessário adicionar produtos químicos à água no circuito de refrigeração. Isso porque é necessário um condicionamento específico do local para garantir o sucesso da filosofia de tratamento adotada. Os produtos químicos comuns são inibidores de incrustação e dispersantes, inibidores de corrosão e biocidas.

Inibição de escamas e/ou tratamentos dispersantes - Estabilização

Nesse processo, aditivos são injetados no circuito para evitar a precipitação de carbonato de cálcio, principalmente em pontos quentes. Esses produtos aumentam o limite de solubilidade ou mantêm a água em estado de supersaturação. Assim, eles permitem que o circuito opere em uma razão de concentração mais alta.

Os principais mecanismos envolvidos são:

• Sequestro/complexação para formar moléculas estáveis ​​com íons de cálcio e magnésio
• Envenenamento de núcleos de cristal
• Inibição do crescimento de cristais
• Um efeito de dispersão para manter as partículas nucleantes em um estado de dispersão próximo ao seu limite de solubilidade.

Os tratamentos de estabilização são muito populares, pois permitem a operação em "pH livre".

O pH é então controlado pelo CO, e o equilíbrio de solubilidade entre a água e a atmosfera, e torna-se uma simples função do nível de alcalinidade M (MA).

controle de pH

O limite de solubilidade do CaCO3 é sensível ao pH, que afeta diretamente a concentração de íons carbonato. Para evitar a precipitação de CaCO3, o ácido é injetado no circuito para diminuir o pH. O ácido sulfúrico é geralmente escolhido para esta finalidade.

De fato, a adição de ácido tem dois efeitos:diminui o nível de MA ao neutralizar os íons HCO3-, formando CO2. Também reduz o pH se o CO2 for gerado mais rapidamente do que é removido do circuito por desgaseificação.

Tratamentos de inibição de corrosão

Quando o inibidor de corrosão é adicionado ao circuito, o produto formará finas películas adsorvidas que não impedem a transferência de calor. Eles contêm dois agentes ativos para impedir as reações de corrosão anódica e catódica.

Inibidores anódicos

Os inibidores anódicos aumentam a polarização anódica e movem o potencial de corrosão para a direção catódica. Essas substâncias combinam-se com os produtos de corrosão do metal para formar um sal completamente insolúvel. Se a inibição for puramente anódica, grandes quantidades de inibidor são necessárias. Isso só pode ser prático em circuitos de volume muito pequeno, uma vez que qualquer deficiência de inibidor pode levar a um ataque localizado acelerado.

Inibidores Catódicos

Os inibidores catódicos reduzem a corrosão diminuindo a taxa de reação de redução da célula de corrosão eletroquímica. Essas substâncias combinam-se com os produtos da reação de corrosão catódica para formar novamente compostos insolúveis. Os inibidores catódicos envolvem riscos menores do que os anódicos, uma vez que a corrosão localizada não é induzida por uma queda na sua concentração.

Inibidores Orgânicos

O efeito dos inibidores orgânicos está relacionado à formação de um filme adsorvido contínuo, que dificulta as reações eletroquímicas nas superfícies expostas. O filme é formado pela adsorção física ou química de moléculas orgânicas polares na superfície do metal, de modo que a escolha das moléculas depende do metal em questão.

Implementação do tratamento

Depois de definido o tratamento de condicionamento, ele é implementado de acordo com as características específicas do local. Para circuitos fechados, os produtos de condicionamento são injetados na partida. Nenhuma adição adicional é necessária, exceto em caso de drenagem acidental.

Em sistemas abertos de recirculação de água, os reagentes, exceto os biocidas não oxidantes, são injetados periodicamente por meio de bombas no reservatório de alimentação. Em casos raros, a injeção por gravidade é empregada. Às vezes, tratamentos pontuais adicionais podem ser necessários em certos trocadores de calor críticos.

Em anos mais recentes, sistemas de monitoramento de corrosão em tempo real são empregados para avaliar a taxa geral de corrosão, bem como avaliar o potencial de corrosão localizada ou pitting. Esses sistemas usam uma combinação de tecnologias, incluindo ruído eletroquímico (ECN), impedância de baixa frequência (LFI) e análise de distorção harmônica (HDA).