Ponto de Orvalho Ácido dos Gases de Combustão
Calcula a temperatura em que o ácido sulfúrico passa a condensar sobre as superfícies frias de uma caldeira, pela correlação de Verhoff e Banchero: o inverso da temperatura absoluta de orvalho é uma combinação dos logaritmos das pressões parciais de vapor de água e de trióxido de enxofre nos gases, somada ao produto entre esses dois logaritmos. O resultado é o piso térmico do projeto — manter chaminé, economizador e pré-aquecedor de ar acima dele é o que evita a corrosão ácida que come o aço em poucas semanas, e é por isso que caldeiras a óleo pesado jogam pela chaminé calor que poderiam recuperar. Quem manda é o SO₃, não a umidade, e o motivo é a faixa de variação: o vapor de água praticamente não sai de 5% a 15% num gás de combustão, o que responde por 11 °C de ponta a ponta, enquanto o SO₃ varia por ordens de grandeza conforme o enxofre do combustível — só de 1 para 10 ppm o ponto de orvalho sobe quase 22 °C. Foi adotada a correlação de Verhoff e Banchero com pressões parciais em milímetros de mercúrio à pressão atmosférica, a mais usada em projeto de caldeira, na forma original com o termo de interação entre os dois logaritmos; a correlação de Okkes, posterior, devolve de 1 a 8 °C a menos para a mesma composição, então trate o valor como referência e não como limite exato. Informe o teor de vapor de água e o teor de SO₃ dos gases.
Resultado
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Ponto de orvalho ácido: o piso térmico da chaminé
Toda caldeira que queima combustível com enxofre vive o mesmo dilema. Baixar a temperatura dos gases na saída rende eficiência, cerca de 1% de rendimento a cada 20 °C recuperados, mas existe um patamar abaixo do qual o ácido sulfúrico formado na combustão condensa sobre o metal frio e passa a comer economizador, pré-aquecedor de ar e revestimento da chaminé. Tubo furado em poucos meses e cesta de Ljungström desmanchada quase sempre têm a mesma origem: alguém escolheu a temperatura de saída sem saber onde ficava o orvalho ácido.
A correlação de Verhoff e Banchero liga o inverso da temperatura absoluta de orvalho aos logaritmos das pressões parciais: 1000/T = 2,276 − 0,0294·ln(pH2O) − 0,0858·ln(pSO3) + 0,0062·ln(pH2O·pSO3), com T em kelvin e pressão em milímetros de mercúrio. A calculadora faz a conversão a partir da composição a 1 atm: cada 1% de vapor vale 7,6 mmHg e cada ppm de SO₃ vale 0,00076 mmHg. Gás natural sai com 15 a 18% de vapor e quase nada de SO₃; óleo pesado, com 8 a 12% e 5 a 30 ppm. Quem manda é o SO₃: de 5 para 20 ppm o orvalho sobe 16,8 °C, enquanto o vapor de 5% para 20% rende apenas 4,9 °C.
A correlação devolve a temperatura de equilíbrio, e não a taxa de condensação nem a de corrosão — logo abaixo do orvalho o ataque ainda é lento, e o pior costuma acontecer de 20 a 40 °C mais embaixo, onde o condensado é abundante e continua concentrado. O que precisa ficar acima do valor é a parede metálica, sempre mais fria que o gás, e é sobre ela que se aplica a margem de 10 a 20 °C. O deslize de campo mais comum é digitar o teor de SO₂ no campo de SO₃: os 500 ppm de SO₂ típicos de uma caldeira a óleo devolvem 170,8 °C contra os 116,9 °C do padrão, e o projeto joga fora calor recuperável por um campo trocado.
Perguntas frequentes
Os valores padrão dão 116,9 °C. Que temperatura de saída eu adoto?
Não tenho medida de SO₃. Como estimar o teor para preencher o campo?
Por que mexer no vapor de água quase não altera a resposta?
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