INSTITUTO DE TECNOLOGIA PARA O DESENVOLVIMENTO...

INSTITUTO DE TECNOLOGIA PARA O DESENVOLVIMENTO (LACTEC)

INSTITUTO DE ENGENHARIA DO PARANÁ (IEP)

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM DESENVOLVIMENTO DE TECNOLOGIA

(PRODETEC)

CLAUDIO ADRIANO DEGER

AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE ORTOPOLIFOSFATO EM SISTEMAS DE RESFRIAMENTO DE USINAS HIDRELÉTRICAS EM SUBSTITUIÇÃO AO

HIDRÓXIDO DE SÓDIO. ESTUDO DE CASO DA UHE GOV. PARIGOT DE SOUZA

Dissertação apresentada como requisito final à obtenção do grau de Mestre, no Programa de Pós-graduação em Desenvolvimento de Tecnologia (PRODETEC), do Instituto de Tecnologia para Desenvolvimento (LACTEC), e Instituto de Engenharia do Paraná (IEP), na linha de Pesquisa Geração e Transferência de Tecnologia.

ORIENTADORA: Profa. Dra. Helena Maria Wilhelm

Curitiba

2010

INSTITUTO DE TECNOLOGIA PARA O DESENVOLVIMENTO (LACTEC)

INSTITUTO DE ENGENHARIA DO PARANÁ (IEP)

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM DESENVOLVIMENTO DE TECNOLOGIA

(PRODETEC)




Curitiba

2010




Dissertação apresentada como requisito final à obtenção do grau de Mestre, no Programa de Pós-graduação em Desenvolvimento de Tecnologia (PRODETEC), do Instituto de Tecnologia para Desenvolvimento (LACTEC), e Instituto de Engenharia do Paraná (IEP), na linha de Pesquisa Geração e Transferência de Tecnologia.

ORIENTADORA: Profa. Dra. Helena Wilhelm

Curitiba

2010

ii

Deger, Claudio Adriano Avaliação do desempenho de ortopolifosfato em sistemas de resfriamento de usinas hidrelétricas em substituição ao hidróxido de sódio. Estudo de caso da UHE Parigot de Souza / Claudio Adriano

Deger. – Curitiba, 2010. xv, 87f.: figs. Orientadora: Profª. Drª. Helena Maria Wilhelm Dissertação (Mestrado) – Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento - LACTEC, Programa de Pós-Graduação em Desenvolvimento de Tecnologia – PRODETEC.

1. Meio Ambiente. 2. Usina Hidrelétrica Governador Parigot de Souza. I. Wilhelm, Helena Maria. II. Título. III. Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento - LACTEC.

CDD 621.312134

ii

Dedico esta dissertação ao meu filho Felipe

e a minha esposa Janaina, pela motivação

e apoio.

iii

AGRADECIMENTOS

A Deus por mais uma oportunidade dada.

A Professora Dra. Helena Maria Wilhelm pela orientação, incentivo, ensino,

paciência e dedicação.

A COPEL pelos dados utilizados nesta dissertação, e pelo apoio de sua

equipe técnica.

Ao LACTEC pelo apoio em minha formação profissional.

Aos professores, colegas e colaboradores do LACTEC, pela troca de

experiências, conhecimentos e pela execução das análises, que foram de

fundamental importância neste trabalho.

A todos os colegas do PRODETEC pela troca de conhecimentos e

experiências pela convivência e crescimento mútuo.

Enfim, a todos que, direta ou indiretamente colaboraram no

desenvolvimento deste trabalho, meus sinceros agradecimentos

iv

SUMÁRIO

LISTA DE TABELAS ............................................................................................ VI

LISTA DE FIGURAS ............................................................................................ VII

LISTA DE GRÁFICOS .......................................................................................... XI

LISTA DE ESQUEMAS ....................................................................................... XII

LISTA DE ABREVIATURAS E LISTA DE SIGLAS ............................................ XIII

RESUMO............................................................................................................. XIV

ABSTRACT .......................................................................................................... XV

CAPÍTULO 1 ......................................................................................................... 01

1.1. - INTRODUÇÃO ............................................................................................. 01

1.2. – HISTÓRICO DA UHEGPS E DO USO DE PRODUTOS PARA EVITAR A

BIOINCRUSTAÇÃO ...................................................................................... 03

1.3. – HISTÓRICO DO USO DO OROTOPOLIFOSFATO COMO AGENTE

DESINCRUSTANTE ..................................................................................... 08

1.4. – JUSTIFICATIVA DO TRABALHO ................................................................ 14

1.5. – OBJETIVO GERAL...................................................................................... 15

1.5.1. – Objetivos específicos ................................................................... 15

CAPÍTULO 2 ......................................................................................................... 16

2.1. - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................... 16

2.2. – ORTOFOSFATOS E POLIFOSFATOS ....................................................... 16

2.2.1. – Adição de polifosfatos em água ................................................... 18

2.2.2. – Características gerais dos fosfatos .............................................. 19

2.2.3. – Ação do ortofosfato ...................................................................... 20

2.2.4. – Aplicações dos polifosfatos.......................................................... 21

2.2.5. – Aspectos toxicológicos dos polifosfatos ....................................... 21

2.2.6. – Interações ortofosfato e ferro ....................................................... 22

2.3. – TROCADORES DE CALOR ........................................................................ 23

2.4. - CORROSÃO ................................................................................................ 28

2.4.1. – Corrosão microbiológica .............................................................. 29

2.4.2. – Biocorrosão por bactérias oxidantes do ferro .............................. 30

2.4.3. – Formas de evitar a corrosão ........................................................ 32

2.5. – HIDRÓXIDO DE SÓDIO .............................................................................. 33

2.6. – CLASSIFICAÇÃO DAS ÁGUAS .................................................................. 35

v

CAPÍTULO 3 ......................................................................................................... 37

3.1. - METODOLOGIA .......................................................................................... 37

3.2. – MATERIAIS E EQUIPAMENTOS ................................................................ 37

3.3. – MÉTODOS DE ENSAIOS FISICO-QUÍMICOS REALIZADOS EM

AMOSTRAS DE AGUA ................................................................................. 38

3.3.1. – Coleta da solução de hidróxido de sódio ..................................... 38

3.3.2. – Definição dos pontos de coletas das amostras ............................ 39

3.3.3. – Definição dos parâmetros de análise ........................................... 42

CAPÍTULO 4 ......................................................................................................... 44

4.1. - RESULTADOS E DISCUSSÃO .................................................................. 44

4.1.1. Avaliação da coinjeção dos produtos ................................................. 44

4.1.2. Aplicação de ortopolifosfato na UHEGPS .......................................... 46

4.1.3. Avaliação do desempenho do ortopolifosfato nas bioincrustações .... 49

4.2. – AVALIAÇÃO AMBIENTAL DA SUBSTITUIÇÃO DE NaOH POR

ORTOPOLIFOSFATO ................................................................................ 51

4.2.1. Análise da solução de NaOH ............................................................. 51

4.2.2. Gráficos e tabelas dos resultados das análises de água ................... 52

4.3. - AVALIAÇÃO TÉCNICA DA SUBSTITUIÇÃO DE NaOH POR

ORTOPOLIFOSFATO .................................................................................. 69

4.3.1. Resultados das análises das temperaturas dos trocadores de

calor dos transformadores elevadores. ........................................................ 69

4.3.2. Verificação da tubulação após a adição do ortopolifosfato ................ 71

4.4. - ESTIMATIVA DO CUSTO DA SUBSTITUIÇÃO DA SOLUÇÃO DE NaOH

POR ORTOPOLIFOSFATO .......................................................................... 73

CAPÍTULO 5 ........................................................................................................ 74

5.1. - CONCLUSÕES ........................................................................................... 74

5.2. – SUJESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .......................................... 75

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 76

ANEXO 1............................................................................................................... 82

vi

LISTA DE TABELAS

TABELA 01 - VALORES MÁXIMOS ADMITIDOS SEGUNDO CONAMA 357

PARA ÁGUAS DE RIOS CLASSE I E II ............................................ 36

TABELA 02 - ANÁLISE DA BIOINCRUSTAÇÃO DA TUBULAÇÃO

ENCONTRADA NA ENTRADA DO TROCADOR DE CALOR .......... 51

TABELA 03 - RESULTADOS OBTIDOS NA ANÁLISE QUÍMICA DE UMA

AMOSTRA DE SOLUÇÃO DE NaOH UTILIZADA NOS

SISTEMAS DE RESFRIAMENTO DA UHEGPS ............................. 52

TABELA 04 - VALOR MÉDIO DAS MEDIDAS DE pH DOS SEIS PONTOS DE

COLETA DURANTE A ADIÇÃO DE: ............................................... 54

TABELA 05 - VALOR MÉDIO DAS MEDIDAS DE CONDUTIVIDADE DOS SEIS

PONTOS DE COLETA DURANTE A ADIÇÃO DE: ......................... 56

TABELA 06 - VALOR MÉDIO DAS MEDIDAS DE CONCENTRAÇÃO DE

FÓSFORO TOTAL DOS SEIS PONTOS DE COLETA DURANTE A

ADIÇÃO DE: .................................................................................... 58

TABELA 07 - VALOR MÉDIO DAS MEDIDAS DE NITROGÊNIO TOTAL DOS

SEIS PONTOS DE COLETA DURANTE A ADIÇÃO DE:. ............... 59

TABELA 08 - VALOR MÉDIO DAS MEDIDAS DE TURBIDEZ DOS SEIS

PONTOS DE COLETA DURANTE A ADIÇÃO DE:. ........................ 61

TABELA 09 - VALOR MÉDIO DAS MEDIDAS DE SÓLIDOS TOTAIS DOS SEIS

PONTOS DE COLETA DURANTE A ADIÇÃO DE: ......................... 63

TABELA 10 - VALOR MÉDIO DAS MEDIDAS DE SÓDIO DOS SEIS PONTOS

DE COLETA DURANTE A ADIÇÃO DE: ......................................... 64

TABELA 11 - VALOR MÉDIO DAS MEDIDAS DE FERRO DOS SEIS PONTOS

DE COLETA DURANTE A ADIÇÃO DE: ......................................... 66

TABELA 12 - VALOR MÉDIO DAS MEDIDAS DE ALUMÍNIO DOS SEIS

PONTOS DE COLETA DURANTE A ADIÇÃO DE:. ........................ 67

TABELA 13 - VALOR MÉDIO DAS MEDIDAS DE SILÍCIO DOS SEIS PONTOS

DE COLETA DURANTE A ADIÇÃO DE:. ........................................ 69

TABELA 14 - VALOR MÉDIO DAS MEDIDAS DE TEMPERATURA DOS

QUATRO TRASNFORMADORES. .................................................. 70

TABELA 15 - ESTIMATIVA DE CUSTO DA SUBSTITUIÇÃO DE NaOH POR

ORTOPOLIFOSFATO. .................................................................... 73

vii

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 01 - INJEÇÃO DE NaOH NO POÇO DAS BOMBAS .............................. 07

FIGURA 02 - FILTROS LOCALIZADOS NA UHEGJR, OS QUAIS SÃO IMERSOS

EM SOLUÇÃO DE ORTOPOLIFOSFATO PARA OTIMIZAR SUA

POSTERIOR LIMPEZA MECÂNICA ................................................. 08

FIGURA 03 - SISTEMA DE INJEÇÃO DE ORTOPOLIFOSFATO NO SISTEMA

DE VEDAÇÃO DA CAIXA ESPIRAL DA TURBINA DA USINA DE

MENOR PORTE (29 MW), (A) VISÃO GERAL E (B) DETALHE DO

SISTEMA UTILIZANDO UMA BOMBA AUTOMÁTICA ...................... 10

FIGURA 04 - (A) VISÃO GERAL DO TROCADOR DE CALOR; (B) TROCADOR

DE CALOR DE PLACA SENDO DESMONTADO; (C) DETALHE DAS

PLACAS COM O TROCADOR ABERTO ........................................... 11

FIGURA 05 - (A) PLACAS DO TROCADOR DE CALOR COM

BIOINCRUSTAÇÃO, (B) PLACAS APÓS A LIMPEZA MECÂNICA ... 12

FIGURA 06 - SISTEMA DE DOSAGENS DE ORTOPOLIFOSFATO NA

UHEGPS ............................................................................................ 13

FIGURA 07 - FORMA MAIS SIMPLES DE UM FOSFATO ................................... 16

FIGURA 08 - (A) - ÁCIDO PIROFOSFÓRICO E (B) - ÁCIDO

TRIFOSFÓRICO. ............................................................................. 17

FIGURA 09 - FÓRMULA GERAL DOS POLIFOSFATOS ..................................... 17

FIGURA 10 - TETRAPOLIFOSFATO OBSERVADO NO

COMPOSTO Cr2P4O13 .................................................................... 18

FIGURA 11 - POLIFOSFATO CICLÍCO DE FÓRMULA [P6O18] OBSERVADO

NA MOLÉCULA Ag6P6O18*H2O ...................................................... 18

FIGURA 12 - RELAÇÃO DA CORROSÃO COM O AUMENTO DA

CONCENTRAÇÃO DE ORTOFOSFATO (EM TUBO DE AÇO DE

20 mm; pH ENTRE 7,3 E 7,4 E CONCENTRAÇÃO DE

0,1 mg L-1 DE POLIFOSFATO) ..................................................... 22

FIGURA 13 - TROCADOR DE CALOR DO TIPO CONTATO DIRETO ................ 24

FIGURA 14 - TROCADOR DE CALOR DE ARMAZENAMENTO ......................... 24

FIGURA 15 - TROCADOR DE CALOR TIPO CASCO E TUBOS ......................... 25

FIGURA 16 - TROCADOR DE CALOR TIPO TUBO DUPLO ............................... 26

FIGURA 17 - TROCADOR DE CALOR TIPO PLACAS ........................................ 26

FIGURA 18 – PROCESSOS QUÍMICOS DE FORMAÇÃO DE TUBÉRCULOS ... 32

viii

FIGURA 19 – MAPA DE ENQUADRAMENTO DO RIO CAPIVARI ...................... 35

FIGURA 20 - COLETA DE AMOSTRA DA SOLUÇÃO DE HIDRÓXIDO DE SÓDIO

UTILIZADA NO SISTEMA DE RESFRIAMENTO DA UHEGPS ......... 39

FIGURA 21 - COLETA DE ÁGUA NO PONTO 1 (REPRESA DO RIO

CAPIVARI) ........................................................................................ 40

FIGURA 22 - PONTO 3, (A) LOCAL DA COLETA , (B) FLUXO DA ÁGUA DO

CANAL DE FUGA AINDA DENTRO DA USINA .............................. 40

FIGURA 23 - PONTO DE COLETA 4, CANAL DE FUGA FORA DA USINA ........ 41

FIGURA 24 - PONTOS DE COLETA 5 E 6: RIO CACHOEIRA (A) ANTES E (B)

DEPOIS DO ENCONTRO COM AS ÁGUAS DO CANAL DE

FUGA DA USINA. ............................................................................ 41

FIGURA 25 - PONTOS DE COLETA PARA MONITORAMENTO DA QUALIDADE

DA ÁGUA ........................................................................................... 42

FIGURA 26 - (A) PRODUTO A BASE DE ORTOPOLIFOSFATO PURO E (B)

SOLUÇÃO DE HIDRÓXIDO DE SÓDIO (50% m/v) ......................... 45

FIGURA 27 - MISTURAS DE ORTOPOLIFOSFATO/NaOH EM DIFERENTES

PROPORÇÕES: (A) 90/10; (B) REPRESENTANDO O

RESULTADO DAS MISTURAS DE PROPORÇÕES 30/70, 50/50

70/30, E (C) 10/90 ............................................................................ 45

FIGURA 28 - FORMAÇÃO DE ORTOFOSFATO A PARTIR DA HIDRÓLISE

DO POLIFOSFATO DA SOLUÇÃO A BASE DE

ORTOPOLIFOSFATO PELA ADIÇÃO DE (●) ÁGUA E DE

(▲) 10% DE NaOH .......................................................................... 46

FIGURA 29 - VÁLVULA DE INJEÇÃO INSTALADA NO PONTO ANTERIOR

AOS RESFRIADORES. ................................................................... 48

FIGURA 30 - BOMBA INJETORA E TEMPORIZADOR INSTALADOS ................ 48

FIGURA 31 - SISTEMA COMPLETO DE INJEÇÃO, CONTENDO NO

RESERVATÓRIO, O PRODUTO DESINCRUSTANTE DILUÍDO .... 49

FIGURA 32 - TUBULAÇÃO DE MAIOR ESPESSURA COM ABERTURA DE (A)

12,5 cm DE DIÂMETRO (B) DETALHE DA FORMAÇÃO DE

INCRUSTAÇÃO EM TODO O TUBO ............................................... 50

FIGURA 33 - TUBULAÇÃO DE MENOR ESPESSURA COM ABERTURA DE 5,5

cm DE DIÂMETRO ......................................................................... 50

ix

FIGURA 34 - VARIAÇÃO DO pH NAS AMOSTRAS DE ÁGUA COLETADAS NOS

PONTOS DE COLETAS (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 E (F) 6,

DURANTE A APLICAÇÃO DE (■) NaOH

E (●) ORTOPOLIFOSFATO ........................................................... 53

FIGURA 35 - VARIAÇÃO DA CONDUTIVIDADE NAS AMOSTRAS DE ÁGUA

COLETADAS NOS PONTOS DE COLETAS (A) 1, (B) 2, (C) 3,

(D) 4, (E) 5 E (F) 6, DURANTE A APLICAÇÃO DE (■) NaOH

E (●) ORTOPOLIFOSFATO .......................................................... 55

FIGURA 36 - VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE FÓSFORO TOTAL NAS

AMOSTRAS DE ÁGUA COLETADAS NOS PONTOS DE

COLETAS (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 E (F) 6, DURANTE A

APLICAÇÃO DE (■) NaOH E (●) ORTOPOLIFOSFATO ............... 57

FIGURA 37 - VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE NITROGÊNIO TOTAL

NAS AMOSTRAS DE ÁGUA COLETADAS NOS PONTOS DE



FIGURA 38 - VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE TURBIDEZ NAS




FIGURA 39 - VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE SÓLIDOS TOTAIS NAS




FIGURA 40 - VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE SÓDIO NAS AMOSTRAS

DE ÁGUA COLETADAS NOS PONTOS DE COLETAS (A) 1, (B)

2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 E (F) 6, DURANTE A APLICAÇÃO DE (■)

NaOH E (●) ORTOPOLIFOSFATO ................................................ 64

FIGURA 41 - VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE FERRO NAS AMOSTRAS

DE ÁGUA COLETADAS NOS PONTOS DE COLETAS (A) 1, (B)

2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 E (F) 6, DURANTE A APLICAÇÃO DE (■)

NaOH E (●) ORTOPOLIFOSFATO ................................................ 65

FIGURA 42 - VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE ALUMÍNIO NAS


x



FIGURA 43 - VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE SILÍCIO NAS




FIGURA 44 - TUBULAÇÃO DE MAIOR ESPESSURA COM (A) 12,5 cm DE

DIÂMETRO (B) DETALHE DA INCRUSTAÇÃO NO INTERIOR DO

TUBO. ESSE DIÂMETRO FOI MEDIDO DESCONTANDO-SE A

QUANTIDADE DE MATERIAL INCRUSTADO ............................... 72

FIGURA 45 - TUBULAÇÃO DE MENOR ESPESSURA COM 5,0 cm DE

DIÂMETRO. ESTE DIÂMETRO FOI MEDIDO DESCONTANDO-SE

A QUANTIDADE DE MATERIAL INCRUSTADO ........................... 72

xi

LISTA DE GRÁFICOS

GRÁFICO 01 - COMPARATIVO ENTRE AS TEMPERATURAS DOS

QUATRO TRANSFORMADORES EM OPERAÇÃO NA

UHEGPS DURANTE O PERÍODO DE INJEÇÃO DO

ORTOPOLIFOSFATO NA MÁQUNA 3

(-----) TRANSFORMADOR 1, (-----) TRANSFORMADOR 2,

(-----) TRANSFORMADOR 3, (-----) TRANSFORMADOR 4 ............. 70

GRÁFICO 02 - COMPARATIVO ENTRE AS TEMPERATURAS DO

TRANSFORMADOR 3, SEM ((-----) TRANSFORMADOR 3 EM

UM ANO ANTERIOR) E COM ((-----) TRANSFORMADOR 3) A

APLICAÇÃO DA SOLUÇÃO DE ORTOPOLIFOSFATO .................. 71

xii

LISTA DE ESQUEMAS

ESQUEMA 01 - REAÇÕES DE OXIDAÇÃO E REDUÇÃO OBSERVADAS

EM UM PROCESSO ELETROQUÍMICO ......................................... 09

ESQUEMA 02 - CONDENSAÇÃO DO POLIFOSFATO ........................................ 17

ESQUEMA 03 – DISSOCIAÇÃO DO ÁCIDO FOSFÓRICO E SUAS

CONSTANTES DE DISSOCIAÇÃO ................................................. 19

xiii

LISTA DE ABREVIATURAS E LISTA DE SIGLAS

ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS

COPEL - COMPANHIA PARANAENSE DE ENERGIA

ºC - GRAUS CELSIUS

NaOH - HIDRÓXIDO DE SÓDIO

TCP - TROCADOR DE CALOR DE PLACAS

UHEGJR - USINA HIDRELÉTRICA GOVERNADOR JOSÉ RICHA

UHEGPS - USINA HIDRELÉTRICA GOVERNADOR PEDRO VIRIATO PARIGOT

DE SOUZA

xiv

RESUMO

A usina hidrelétrica Governador Pedro Viriato Parigot de Souza (UHEGPS) entrou

em operação em 1970, e desde então vem apresentando problemas de

deposição de bioincrustação nos sistemas de resfriamento das unidades

geradoras e dos transformadores elevadores. Com o aumento desta deposição

ocorre o aquecimento dos radiadores, mancais superiores e inferiores e

transformadores. Para minimizar os efeitos das bioincrustações é adicionada uma

solução de hidróxido de sódio (NaOH), a 50% (m/v), na válvula da tubulação

principal do sistema de resfriamento das unidades geradoras da UHEGPS.

Este trabalho apresenta a avaliação do desempenho de um produto à base de

ortopolifosfato como produto alternativo a solução de NaOH utilizada na

UHEGPS. Por ser o ortopolifosfato um produto de menor toxidez e não corrosivo

em comparação ao NaOH , esperou-se minimizar por meio de sua aplicação, os

riscos inerentes ao uso, estoque e manuseio desse produto, assim como os riscos

ambientais em caso de vazamento desta solução para o meio ambiente.

Por meio de medidas de temperatura do óleo dos transformadores foi possível

avaliar a eficiência do produto à base de ortopolifosfato; por meio de análises de

águas coletadas à montante e à jusante da usina foi possível avaliar os riscos

ambientais do uso do novo produto; e com a pesquisa de mercado foi feita uma

estimativa de custo para a substituição da solução de NaOH pelo ortopolifosfato.

Em suma, os resultados obtidos indicaram que, nas condições utilizadas nesse

estudo, o ortopolifosfato não foi eficiente na remoção da bioincrustração existente

na tubulação de um trocador de calor.

Palavras-chave: UHEGPS, bioincrustação, hidróxido de sódio, ortopolifosfatos,

trocadores de calor.

xv

ABSTRACT

The hydroelectric plant Governador Pedro Viriato Parigot de Souza (HPGPS)

started to operate in 1970, and since then has been presenting problems with

biofouling in the cooling system of the generator units and in the cooling system of

the elevating transformers. Due to the increase of this fouling, the temperature of

the radiators, upper and lower turbine bearings and transformers rises. To

minimize the effects of biofouling a 50 % (m/v) solution of sodium hydroxide

(NaOH) is added to the valve of the main nozzle of the cooling system of the

generating unit of the HPGPS.

This work presents the evaluation of the performance of a product based on

Ortho-polyphosphate, as an alternative product to the NaOH solution used at

HPGPS. Since the Ortho-polyphosphate is a less toxic and non-corrosive product

in comparison to the NaOH, the expectation was to minimize by its application the

inherent risks of use, storage and handling of the NaOH, as well as the

environmental risks in case of leakage of that solution to the environment.

Through the measurement of the oil temperature of the transformers it was

possible to assess the efficiency of the Ortho-polyphosphates-based product; by

means of analysis of waters collected at the upstream and downstream of the

plant it was possible to assess the environmental risks imposed by the use of the

new product; and with a market research a cost estimate of the substitution of the

NaOH solution for the ortho-polyphosphate was done.

In short, the results obtained indicated that, under the conditions in which the

study was done, the ortho-polyphosphate was not efficient in the removal of the

biofouling existing in the nozzle of a heat exchanger.

Keywords: HPGPS, biofouling, sodium hydroxide, ortho-polyphosphates

1

Capítulo 1

1.1. – INTRODUÇÃO

Os corpos de água doce constituem um componente essencial da hidrosfera

e parte indispensável dos ecossistemas terrestres, sendo necessários em todos os

aspectos da vida. Os ambientes aquáticos são utilizados em todo o mundo com

finalidades distintas, entre as quais, se destacam o abastecimento de água, a

geração de energia, a irrigação, a navegação e a aquicultura (SPERLING, 1993).

Um dos grandes desafios mundiais neste novo século é, sem dúvida,

assegurar à população a manutenção da disponibilidade hídrica, apesar das

intensas pressões antropogênicas geradas por uma dinâmica de ocupação

desordenada sobre os mananciais. A expansão espontânea da urbanização tem

gerado uma inevitável degradação dos recursos hídricos, restringindo a qualidade da

água bruta e pondo em risco os cenários futuros de abastecimento (SHEFFER,

2006).

Entre os usos da água no Brasil, a produção de hidroeletricidade é uma das

atividades que utilizam o potencial hídrico de forma intensiva. No país, a maior parte

da energia produzida provém das grandes usinas hidrelétricas. No entanto, a

construção dos grandes empreendimentos hidrelétricos modifica toda a relação local

entre o corpo de água e o meio ambiente afetando consequentemente a qualidade

da água (SILVA, 1998).

Nesse sentido, a maior procura por meios de uso racional da água em

geração de energia, com um menor impacto e maior eficiência, deve ser buscada

continuamente, pois a necessidade de aumento de disponibilidade de energia está

diretamente ligada com a qualidade de vida das pessoas.

A capacidade instalada de produção de energia no estado do Paraná em

2008 foi de 5160 MW, sendo que está em estudo a ampliação de 900 MW (COPEL,

2009) o que mostra um aumento significativo de produção e de consumo de energia

(~17%). Isso se deve ao desenvolvimento das cidades, diretamente ligado ao

aumento de produção de bens e ao desenvolvimento dos cidadãos, e tudo isso só é

possível com o aumento da disponibilidade de energia. No ano de 2008 o aumento

do consumo de energia elétrica apresentou um crescimento de 4,2% (COPEL,

2008).

2

O Brasil apresenta peculiaridades climáticas e geográficas em relação a sua

geração de energia por meio da água dos rios, as quais dificultam a comparação

com outros países que também tem forte vocação hidrelétrica, como Canadá,

Noruega e Suécia. (RIBEIRO, 2003). Estas peculiaridades exigem mudanças nos

projetos das usinas, dos transformadores e dos resfriadores, pois em locais com

climas mais quentes estes devem ser dimensionados de forma diferente em

comparação a um país onde a temperatura média anual é menor.

Em geral, a água utilizada na movimentação dos geradores para produção

de energia é, também, utilizada no sistema de resfriamento das usinas, incluindo

neste, os transformadores, o mancal guia e o mancal escora. A água do rio, que é

utilizada sem tratamento prévio (também denominada de água bruta), apresenta

diferenças substanciais ao longo do ano em função das condições climáticas, como

pluviosidade e variação da temperatura. Em alguns casos o rio recebe dejetos e

esgotos, podendo a água, neste caso, apresentar contaminação tanto por metais

pesados, solventes orgânicos quanto por agentes patológicos.

No que diz respeito ao aporte de metais em corpos aquáticos, estes também

podem ser naturalmente incorporados aos sistemas por meio de processos

geoquímicos. Fontes naturais de metais em corpos aquáticos incluem o desgaste de

rochas e de solos devido ao intemperismo (DREVER, 1988). O estudo das

características da água, como pH, condutividade, metais, nitrogênio e fósforo é

importante para avaliar os efeitos que podem ser inseridos em uma usina hidrelétrica

em decorrência da formação da bioincrustação (também descrita como tubérculos).

No sistema de resfriamento, por exemplo, este efeito é maximizado pela redução

nos diâmetros dos tubos, e essa diminuição acarreta em maior acúmulo de materiais

(orgânicos e inorgânicos) e também no aumento de velocidade de corrosão em

função da formação de colônias de bactérias biocorrosivas (fouling).

A descoberta de produtos para diminuir ou acabar com o “fouling” é de

grande importância para todas as usinas hidrelétricas que fazem uso da água sem

tratamento em seus sistemas de resfriamento, para que não ocorram paradas não

programadas ou problemas de superaquecimento nas unidades geradoras e nos

transformadores elevadores.

3

1.2. – HISTÓRICO DA UHEGPS E DO USO DE PRODUTOS PARA EVITAR A

BIOINCRUSTAÇÃO

A Usina Governador Pedro Viriato Parigot de Souza (UHEGPS) situada na

vertente marítima da serra do mar (PR), aproximadamente a 25º de latitude Sul,

possui quatro unidades geradoras com potência nominal de 62,5 MW, totalizando

250 MW. As águas do Rio Capivari são represadas por uma barragem de terra de 50

m de altura e conduzidas à usina por um sistema de derivação, com 14 km de

adição e 1084 m de conduto forçado subterrâneo. O volume total do reservatório é

cerca de 180 milhões de metros cúbicos, sendo o volume útil em torno de 150

milhões, para cota máxima de 845 metros (COSTA e ZIMMER, 1983).

A usina é subterrânea, com três cavernas distintas, sendo uma para o

repartidor com válvulas esféricas, outra para os grupos hidrogeradores e, a última,

para os transformadores. O canal de restituição é em parte subterrâneo (2.200 m) e

a céu aberto no final (200 m), até descarregar no Rio Cachoeira (COSTA e ZIMMER,

1983).

Esta usina entrou em operação em 1970, e desde então vem apresentando

problemas de deposição de bioincrustação (“fouling”) nos sistemas de resfriamento

das unidades geradoras e dos transformadores elevadores. Com o aumento desta

deposição ocorre o aquecimento dos radiadores, dos mancais superiores e inferiores

e dos transformadores.

O sistema de resfriamento das unidades geradoras é composto por

serpentinas para os mancais guia/escora do gerador e guia da turbina, além de

trocadores de calor ar-água para as partes ativas do gerador (ROHRICH e

OLIVEIRA, 1995).

Para minimizar os efeitos da bioincrustação o programa de manutenção da

usina previa inicialmente limpezas mecânicas periódicas das tubulações. Isso, além

de representar uma grande quantidade de trabalho para as equipes de manutenção,

exigia constantes e longos desligamentos dos equipamentos.

O sistema de resfriamento dos transformadores é composto por trocadores

de calor óleo-água, cuja limpeza pode ser feita somente por escovamento, sem

necessidade de desenergisação do equipamento (ALBERTI et al., 1993).

Essas bioincrustações vão aos poucos dificultando a troca de calor nas

serpentinas e radiadores fazendo com que a temperatura de operação se eleve

gradualmente. Quando esta temperatura atinge uma temperatura limite, um sinal é

disparado alertando para o aumento. Caso não sejam tomadas providências e a

4

temperatura continue a aumentar o equipamento é desligado, em um segundo

estágio, devido ao sobreaquecimento.

Desta forma, foi sempre uma preocupação primordial a melhoria da

eficiência do sistema de refrigeração. Em função disto e da dificuldade na realização

de limpeza mecânica, a equipe de manutenção da UHEGPS optou por avaliar a

eficiência de produtos químicos na água de refrigeração visando alcançar este

objetivo.

Segundo relatórios da COPEL já em outubro de 1971 começaram os

estudos de aplicação de produtos químicos na água de refrigeração do sistema de

resfriamento da usina para minimizar os depósitos das bioincustações.

Inicialmente foi indicado o uso de produtos de dois fabricantes: QUIMINASA

e NALCO. A primeira empresa recomendou o uso de três produtos: 1)“Protar-NC”,

um inibidor de corrosão; 2)“Nesafloc”, que é um dispersante específico para sistema

de água de resfriamento; e 3)“Bioquim-BD”, um agente biocida de alto espectro, ou

seja, que abrange uma vasta gama de microrganismos. Porém, devido ao elevado

preço, a possibilidade de uso desses três produtos foi descartada. O segundo

fornecedor recomendou o uso de dois produtos: 1)“Biocida NALCO-321”, um produto

indicado como anti-fouling; e 2)“Dispersante NALCO-7348”, um biocida com

dispersante. Estes produtos foram testados juntamente com o fabricante a partir da

comparação de duas máquinas recém limpas onde, em uma, foram adicionados os

produtos indicados e na outra não. Os experimentos duraram 98 dias e neste teste,

a máquina que não recebia produtos químicos teve necessidade de limpeza manual

dos trocadores de calor e também limpeza dos mancais do gerador em virtude da

elevação de temperatura, enquanto que, a máquina que recebeu os produtos

químicos continuava operando sem manutenção (COPEL, 1980 e COPEL, 1985).

Com base nestes resultados foi feita a aplicação dos produtos químicos na

usina, com poucas alterações ao longo dos anos de uso conforme descrito na

sequência:

- Em 1972 – Utilização de uma bomba dosadora para os dois reservatórios

de água, uma bomba dosadora para o poço das bombas e uma bomba dosadora

para o grupo gerador.

- De 1973 a 1979 – Adição de dosagens manualmente nos reservatórios e

no poço das bombas.

- De 1980 a 1984 – Utilização de bomba dosadora na tubulação principal do

sistema de refrigeração.

5

Porém a eficiência alcançada pelos produtos químicos teve resultados

controversos ao longo dos anos de uso. Apesar das mudanças de dosagens dos

produtos, a frequência de limpeza nos trocadores de calor sempre foi mensal, o que

demonstrou que a eficiência não era adequada, contribuindo apenas para a

oneração do processo de manutenção.

Sendo essa eficiência questionada e os custos de produção relativamente

altos, a partir de outubro de 1984 o uso destes produtos foi suspenso.

Contudo, a partir de 1984 foi feito um estudo sobre outras possibilidades que

pudessem minimizar a formação de bioincrustação.

Uma das sugestões foi a instalação de um sistema de aeração no

reservatório, que injetaria ar comprimido a 40 m de profundidade, formando uma

cortina de bolhas de ar subindo à superfície, criando assim uma corrente

ascendente, desfazendo as camadas de estratificação. Com a estratificação,

criariam-se diferentes ambientes estáveis em termos de iluminação, temperatura e

pressão, surgindo o desenvolvimento de algas que necessitam de condições

características para seu desenvolvimento, como luz e calor. Esse processo foi

baseado no artigo de BERNARDT (BERNARDT, 1967).

Segundo relato da COPEL, em agosto de 1984 entrou em operação o

aerador no reservatório e até a data de fevereiro de 1985 nada se concluiu sobre a

eficiência do sistema. O processo não teve prosseguimento visto que foram

mantidas as limpezas manuais na mesma frequência e a continuidade demandaria

complexos estudos e investimentos elevados (COSTA e ZIMMER, 1983).

Outra sugestão dada foi o uso de um sistema “Taprogge”. Este sistema

consistia em fazer circular, por meio das tubulações, esferas de borracha com

superfície esponjosa, as quais arrastariam toda a incrustação e depósitos, retirando-

os do trocador. Tais artefatos se movimentariam em circuito fechado, por uma

instalação especial que injetaria as esferas no início, recuperando-as na saída do

trocador, sem provocar danos à tubulação. No entanto não há registros de que esse

sistema foi testado e/ou avaliado (COSTA e ZIMMER, 1983).

Alternativamente foi estudada a instalação de um circuito fechado de

refrigeração. Essa sugestão indicava ser a solução definitiva para os problemas de

bioincrustação, porém também não foi adotada, tendo em vista o alto custo de

implantação, em razão da usina ser do tipo subterrâneo e a dissipação do calor

gerado teria que ser feita na parte externa, o que exigiria dupla tubulação (ida e

volta) ao longo da galeria de acesso, que tem 1.200 m, além da instalação da uma

estação de tratamento e bombeamento de água (COSTA e ZIMMER, 1983).

6

A partir de 1985 as limpezas dos radiadores ar-água foram efetuadas, ou

pelo processo de escovação, o qual exigia a desmontagem dos mesmos, ou pela

aplicação de ar comprimido e água, o qual era mais rápido em comparação a

escovação, porém menos eficiente. E nas serpentinas dos mancais, em situações de

emergência, era utilizada em circuito fechado, uma solução de 10% fosfato trisódico

por um período de duas horas.

Somente mais tarde, em 1990, com a parada geral da usina, foi possível

analisar amostras de sedimentos de diversas partes da tubulação e a partir disto, foi

proposta uma metodologia economicamente viável, para minimizar a deposição do

“fouling” nos sistemas de resfriamento da UHEGPS. Inicialmente, foram realizados

testes de laboratório com os sedimentos retirados das tubulações. Foi observado

que sob agitação em água destilada era obtido um pH igual a 6,9 e que, na ausência

da agitação, a suspensão sedimentava em poucos minutos, deixando a solução

sobrenadante completamente transparente. Porém quando o pH da solução foi

elevado até 7,5 a partir da adição de uma solução de NaOH ocorria uma certa

estabilização do colóide de ferro – (Fe(OH)3), que apesar de pouco solúvel,

permanecia em suspensão e consequentemente uma menor sedimentação foi

observada. Para valores de pH superiores a 9,5 foi observada a formação de uma

suspensão homogênea e vermelha muito estável (ALBERTI et al., 1993). Estes

resultados indicaram que o NaOH poderia evitar a deposição dos sedimentos sobre

a superfície interna das tubulações.

Desta forma, em maio de 1993 teve início a injeção de uma solução de

NaOH diretamente no poço das bombas de alimentação do sistema de resfriamento

geral da usina, conforme ilustrado na Figura 01.

7

Figura 01 - Injeção de NaOH no poço das bombas.

Fonte: ALBERTI et al., 1993.

Em função da eficiência da metodologia de limpeza pelo uso do NaOH foi

desenvolvido e implantado um sistema automático de adição, em substituição ao

método manual, com o objetivo de reduzir custos relativos principalmente aos gastos

com produtos, mão de obra e também com o objetivo de obter maior confiabilidade

quanto ao controle do pH e, por consequência, maior eficiência de limpeza

(ROHRICH, 1995). Esse sistema implantado controla a injeção automática da

solução de NaOH a 50% na válvula da tubulação principal do sistema de

resfriamento das unidades geradoras da UHEGPS, para manter o pH da água de

resfriamento na faixa de 8,0 a 8,5. Esse sistema continua operando atualmente, em

2010, sem alterações em seu diagrama.

8

1.3. – HISTÓRICO DO USO DE ORTOPOLIFOSFATO COMO AGENTE

DESINCRUSTANTE

Neste trabalho foi utilizada uma solução composta de ortofosfatos e

polifosfatos, que seguindo a nomenclatura da norma ABNT NBR 15007-1 será

denominada neste trabalho pelo nome genérico de ortopolifosfato (ABNT

NBR15007-1, 2003).

A usina de Salto Caxias recentemente renomeada de Usina Governador José

Richa (UHEGJR), já utiliza há, aproximadamente, 8 anos o ortopolifosfato para

facilitar a limpeza dos filtros ilustrados na Figura 02. Porém a forma de aplicação

deste produto difere em relação ao uso do NaOH na UHEGPS. Ao invés do produto

ser adicionado juntamente com o fluxo de água, os filtros são retirados da linha e

mergulhados na solução de ortopolifosfato para então serem limpos mecanicamente.

Essa rotina facilita a limpeza em comparação à limpeza dos filtros sem o tratamento

prévio com ortopolifosfato.

Figura 02 – Filtros localizados na UHEGJR, os quais são imersos em solução de

ortopolifosfato para otimizar sua posterior limpeza mecânica.

Fonte: LOMBARDI et al., 2004.

O produto utilizado na UHEGJR tem sido adquirido de uma empresa fixada na

região metropolitana de Curitiba-PR. Segundo o fabricante do produto, trata-se de

uma formulação aquosa à base de fosfatos inorgânicos de elevado número de

condensação.

O fabricante indica o uso do ortopolifosfato no tratamento de água potável,

para manter estáveis a cor e turbidez e, também, em sistemas de tratamento de

9

água, como auxiliar na prevenção de bioincrustação e controle de corrosão em

redes de distribuição (CLANOX, 2010).

O produto a base de ortopolifosfato atua pela complexação com íons

metálicos inibindo o crescimento de ferro bactérias, naturais em águas de superfície,

e pela formação de um filme protetor na superfície das tubulações e partes metálicas

impedindo a formação de bioincrustação (CLANOX, 2010).

As reações do Esquema 1 exemplificam um processo eletroquímico genérico.

No caso da corrosão do ferro na água, as reações que ocorrem são as apresentadas

no Esquema 01, sendo que o composto final formado é o óxido de ferro (Fe2O3),

produto conhecido da corrosão (GENTIL, 1970).

Área anódica: Fe(s) → Fe2+(aq)

+ 2e-

Área catódica: O2(g) + 2e- + ½ O2(g) → 2 OH-(aq)

A ferrugem, Fe2O3.H2O, vai se formar numa região intermediária entre a área

catódica e a anódica.

Fe2+(aq)

2OH-(aq)

→ Fe(OH)2(s)

2 Fe(OH)2(s) + ½ O2(g) + H2O(l) → 2 Fe(OH)3(s) ou Fe2O3.H2O(s)

Esquema 01 – Reações de Oxidação e Redução observadas em um processo

eletroquímico.

Fonte: GENTIL, 1970.

Segundo o fabricante os principais ingredientes do produto a base de

ortopolifosfato são (CLANOX, 2010):

• hexametafosfatos;

• ortofosfatos;

• agentes desincrustantes; e

• inibidores de corrosão.

E, as vantagens decorrentes de seu uso são (CLANOX, 2010):

• Desincrustação total das tubulações ao longo do tempo.

• Não requer paralisações e não altera a rotina de trabalhos da usina.

• O agente aplicado tem ação inibidora de corrosão.

• Não causa esforços desnecessários, abrasão ou fadiga nos

equipamentos, alongando sua vida útil e reduzindo custo operacional.

10

• O agente testado é absolutamente seguro no manuseio, não causando

riscos aos funcionários pela utilização de produtos químicos agressivos.

As primeiras pesquisas feitas por LOMBARDI (LOMBARDI et al, 2004)

demonstraram resultados satisfatórios com o uso do produto a base de

ortopolifosfato na água de resfriamento/condicionamento de uma usina de menor

porte (29 MW). Nestes testes foi injetada uma solução de ortopolifosfato

recomendada pelo fabricante, a uma concentração de 5 mg L-1, por um período de

aproximadamente quatro meses. A solução foi adicionada ininterruptamente por

meio de um sistema automatizado instalado na usina, conforme mostrado na Figura

03.

Figura 03 - Sistema de injeção de ortopolifosfato no sistema de vedação da caixa

espiral da turbina da usina de menor porte (29 MW): (A) Visão geral e (B) detalhe do

sistema utilizando uma bomba automática.


Com a adição do produto foi constatado que não houve diminuição da vazão

de água de resfriamento do eixo da turbina ao longo do tempo, não sendo mais

necessário fazer paradas de máquinas para limpeza das tubulações. Além da

constatação da continuidade da vazão, em uma parada do sistema, foi feita uma

inspeção na tubulação verificando-se que a mesma se encontrava livre de

bioincrustação (LOMBARDI et al., 2004).

Também na UHEGPS foram feitos testes com adição da solução de

ortopolifosfato, porém, neste caso sendo esta diretamente injetada nos trocadores

de calor de placas, que realizam a troca térmica do óleo isolante utilizado nos

(A) (B)

11

transformadores elevadores (LOMBARDI et al., 2004). Os testes tiveram a duração

de sete meses. As bioincrustações acarretam uma perda de eficiência na troca

térmica do trocador e, consequentemente, o equipamento não opera de maneira

satisfatória aumentando a temperatura do óleo dos transformadores. As Figuras 04 e

05 mostram o trocador de calor, a desmontagem do mesmo e as bioincrustações

existentes.

Figura 04 – (A) Visão geral do trocador de calor; (B) trocador de calor de placa

sendo desmontado; e (C) detalhe das placas com o trocador aberto.


(A) (B)

(C)

12

Figura 05 – (A) Placas do trocador de calor com bioincrustação, (B) Placas após a

limpeza mecânica.


Cada uma das quatro unidades geradoras da UHEGPS possui dois

trocadores de calor alimentados pela mesma caixa d’água. Estes trocadores estão

ligados em paralelo, ou seja, o segundo trocador somente entra em operação

quando apenas um deles não é capaz de realizar a troca térmica necessária para o

resfriamento do óleo. A aplicação de ortopolifosfato nos trocadores de calor está

exemplificada na Figura 06.

(A) (B)

13

Figura 06 – Sistema de dosagens de ortopolifosfato na UHEGPS.


Nesses testes na UHEGPS os resultados obtidos também foram satisfatórios,

demonstrando a eficiência do ortopolifostato na desincrustação das tubulações e dos

trocadores de calor, possibilitando assim a manutenção das temperaturas em níveis

satisfatórios à operação.

Em razão dos resultados positivos encontrados com o uso do produto a base

de ortopolifosfato, foi vislumbrada a pesquisa de injeção da mesma solução em uma

usina de médio porte e em todo seu sistema de resfriamento. A usina escolhida foi a

de UHEGPS, pois apresentava o maior histórico de pesquisas realizadas neste

âmbito, na tentativa de eliminar ou reduzir os problemas gerados pelas

bioincrustações, cujos resultados obtidos estão apresentados neste trabalho.

AQ AQ

AF

OF OF

OQ OQ

TC1 TC2

TC1 - TC2 - OQ – OF – AF – AQ –

Trocador de Calor 1 Trocador de Calor 2 Óleo quente Óleo frio Água fria Água quente

Dosagem de ORTOPOLIFOSFATO

Solução de ORTOPOLIFOSFATO

14

1.4. – JUSTIFICATIVA DO TRABALHO

Bioincrustações no sistema de resfriamento de uma usina podem acarretar

perdas na eficiência da troca térmica dos trocadores de calor e consequentemente,

prejudicar a operação satisfatória dos equipamentos aumentando a temperatura do

óleo dos transformadores.

A UHEGPS vem despendendo esforços para solucionar o problema de

formação de bioincrustação no sistema de resfriamento da UHEGPS. No entanto, o

problema persiste de forma intensa, inclusive ao longo de todo o sistema de

resfriamento. Sabendo que essa formação de bioincrustação poderá levar a usina a

uma interrupção na sua geração de energia, foi realizada a presente pesquisa

visando contribuir na busca de soluções para este problema. Além de ser

tecnicamente eficiente, a solução proposta não deve apresentar riscos operacionais

e ao meio ambiente em que a usina está inserida.

Levando em consideração todos esses aspectos e as políticas públicas de

uso racional da água, foi avaliada nesta pesquisa a aplicação de um produto a base

de ortopolifosfato em substituição a solução de NaOH, atualmente utilizada na água

de resfriamento da usina de UHEGPS. Para avaliar a viabilidade dessa substituição

foi analisada a eficiência do produto, os riscos ambientais decorrentes de seu uso e

do uso do NaOH e a estimativa de custo dessa substituição.

15

1.5. – OBJETIVO GERAL

Avaliar o desempenho de uma solução de ortopolifosfato em um sistema de

resfriamento da UHEGPS em substituição a solução de hidróxido de sódio.

1.5.1. – Objetivos específicos

• Avaliar o efeito de adição de NaOH à jusante da UHEGPS.

• Avaliar o efeito de adição de ortopolifosfato à jusante da UHEGPS.

• Monitorar a temperatura dos trocadores de calor durante o uso dos

produtos.

• Instalar um sistema de injeção de ortopolifosfato.

• Avaliar a eficiência do ortopolifosfato como agente desincrustante, a partir

de análises da bioincrustação nas tubulações, antes e após sua adição no

sistema.

16

Capítulo 2

2.1. – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Este capítulo contém uma revisão bibliográfica dos dois principais produtos

químicos utilizados como agentes desincrustantes (ortopolifosfatos e NaOH), assim

como uma descrição dos equipamentos (trocadores de calor), dos problemas

proveniente da corrosão microbiológica e da qualidade da água.

2.2. – ORTOFOSFATOS E POLIFOSFATOS

Os polifosfatos também são conhecidos por fosfatos condensados. A

primeira menção sobre estes compostos datam de 1816, quando Berzelius

apresentou produtos formados a partir da ignição de ácido ortofosfórico que tinham a

capacidade de precipitar proteínas (KULAEV et al, 2004). Graham (1833) descreveu

o fosfato vítreo obtido a partir de NaH2PO4, acreditando que tinha obtido e isolado

um composto puro de fórmula NaPO3. Graham chamou este composto de

‘metafosfato’. Mais tarde, Fleitmann e Hennenberg (1848) demonstraram que o

‘metafosfato’ tinha como fórmula geral MPO3 (onde o M era hidrogênio ou um metal

monovalente) e se tratava na verdade uma mistura de diferentes compostos tendo

vários graus de polimerização. Diversos estudos aprofundados sobre o tema foram

feitos durante os 100 anos seguintes (KULAEV et al, 2004).

A forma mais simples de um fosfato é o ortofostato (PO4-3) conforme mostrado

na Figura 07.

Figura 07 - Forma mais simples de um fosfato.

Fonte: KULAEV et al, 2004.

O íon pirofosfato (P2O7-3), ilustrado na Figura 08 (A), foi o primeiro de uma

série de substâncias chamadas polifosfatos, que foram produzidas pela

condensação do ortofosfato conforme mostrado no Esquema 02.

17

2PO4-3

(s) + H2O(l) ↔ P2O7-4

(s) + 2 OH-

(aq)

Esquema 02 – Condensação do Polifosfato.

Fonte: MANAHAN, 2005.

Uma segunda série de polifosfatos apresenta a fórmula química P3O10-5, cuja

fórmula estrutural está apresentada na Figura 08 (B). Estas espécies consistem em

moléculas de fosfato na forma tetraédrica compartilhando um átomo de oxigênio em

comum (MANAHAN, 2005).

Figura 08 - (A) - Ácido pirofosfórico e (B) - Ácido trifosfórico.

Fonte: MANAHAN, 2005.

É possível a produção de uma grande variedade de fosfatos condensados

tendo mais de três átomos de fósforos ligados uns aos outros sendo estes

separados por átomos de oxigênio como mostrado na fórmula geral de um ânion

polifosfato, descrito na Figura 09 (HANDBOOK OF FOOD ADDITIVES, 1972).

Figura 09 – Fórmula geral dos polifosfatos.

DURIF (1996) apresenta a classificação dos polifosfatos em duas categorias.

A primeira delas corresponde aos compostos ligados a uma cadeia linear, esses

compostos têm como formula geral [PnO3n+1]-(n+2) ou estrutural conforme apresentada

na Figura 10.

(A) (B)

18

Figura 10 - Tetrapolifosfato observado no composto Cr2P4O13.

Fonte: DURIF, 1996.

A segunda forma de classificação feita por DURIF corresponde aos

ciclofosfatos, essa formação apresenta uma fórmula geral [PnO3n]–n. Um destes

compostos está mostrado na Figura 11.

Figura 11 - Polifosfato cíclico de fórmula [P6O18] observado na molécula

Ag6P6O18*H2O.

Fonte: DURIF, 1996.

2.2.1. - Adição de polifosfatos em água

Polifosfatos são fortes agentes quelantes, para cálcio, magnésio, ferro e

outros metais em menor concentração. Esses produtos são utilizados para reduzir e

limpar bioincrustações em tubulações de distribuição de água, retirando a coloração

(vermelha) agindo como sequestrador do íon Fe+2 e dispersando colóides de

hidróxido de ferro (AWWA, 1996)

19

2.2.2. - Características gerais dos fosfatos

Os diferentes fosfatos em geral possuem características químicas em

comum. Essas estão diretamente relacionadas com a estrutura dos mesmos. Em um

estudo das estruturas dos fosfatos, CORBRIDGE descreve que estes ânions estão

na forma tetraédrica, onde o átomo de fósforo é rodeado por quatro átomos de

oxigênio. Essa estrutura tetraédrica permite a polimerização e formação de

substâncias muito similares aos compostos de carbono. Por exemplo, essa estrutura

permite uma longa cadeia chamada polifosfatos a qual se enrola de forma helicoidal

e ocorrem interações com proteínas alimentares. Essa estrutura explica a habilidade

de uma cadeia longa de polifosfato de complexar ou sequestrar os íons metálicos

em alimentos (CORBRIDGE, 2000 e FURIA, 1972).

Todos os fosfatos possuem propriedades de alta troca de ânions, isso é

frequentemente demonstrado pela suas curvas de titulação dos ácidos. Ácidos tri ou

tetrametafosfórico têm suas curvas de titulação similares às curvas do ácido

fosfórico. A curva de titulação do H3PO4 possui três pontos de inflexão conforme

mostrado no Esquema 03, um ponto fortemente ácido em um pH próximo de 4,5 (A),

outro em um ponto ácido mais fraco com o pH próximo a 7 (B); outro em um ácido

muito fraco em um pH próximo a 10 (C). São encontrados pontos de inflexão

similares quando os ácidos piro e tripolifosfofórico são titulados. Em geral longas

cadeias de ácidos polifosfóricos apresentam apenas dois pontos de inflexão um

próximo a pH 4,5 e outro próximo a pH 10. O primeiro ponto demonstra propriedades

de um ácido muito mais forte que o segundo. Como resultados destas propriedades

têm-se que os polifosfatos reagem como polieletrólitos e as propriedades dos

polieletrólitos aumentam com o aumento das cadeias (FURIA, 1972).

H3PO4 → H2PO4- + H+

Ka1=7,11 10-3 (A)

H2PO4- → HPO4

2- + H+ Ka2=6,32 10-8 (B)

HPO42-

→ PO43- + H+

Ka3=7,10 10-13 (C)

Esquema 03 – Dissociação do ácido fosfórico e suas constantes de dissociação.

Fonte: (DENARO, 1974; NEVES, 2006)

BATRA em seu estudo encontrou uma relação direta entre as propriedades

de ionização de vários polifosfatos e suas habilidades de formar complexos solúveis

com metais alcalinos e alcalinos terrosos. Essa capacidade é diretamente

proporcional ao aumento das cadeias de polímeros (BATRA, 1964).

20

A capacidade dos polifosfatos complexarem íons metálicos tem sido

estudada por VAN WAZER (1964), IRANI e CALLIS (2007). Esses autores têm

obtido resultados onde uma longa cadeia de polifosfatos atua como agente

fortemente complexante para metais alcalinos e íons de metais pesados. Foi

proposto que a formação de um complexo solúvel é o resultado da competição do

íon metálico e o ânion “sequestrador”. Como resultado, a formação de um complexo

cátion-ânion previne a precipitação do cátion metálico (FURIA, 1972).

2.2.3. - Ação do Ortofosfato

O ortofosfato forma filmes passivantes em sítios anódicos para suprimir as

reações de corrosão eletroquímica. Normalmente estes ortofosfatos se apresentam

nas formas de ácido fosfórico (H3PO4), fosfato de sódio monobásico (NaH2PO4),

fosfato de sódio dibásico (Na2HPO4) e fosfato de sódio tribásico (Na3PO4). Os

compostos de ortofosfato de sódio, também chamados de fosfatos cristalinos, têm

sido usados extensivamente na América do Norte e Europa, isolados ou em misturas

para hidratação e estabilização de polifosfatos (AWWA, 1996).

Muitos produtos comerciais usados contêm misturas de ortofosfato de sódio

e polifosfato. As quantidades de P2O5 são limitadas na Alemanha em uma

concentração máxima de 5 mg L-1 na água tratada. Em muitos casos, misturas de

orto e polifosfatos são utilizadas, combinando a proteção contra corrosão com a

retirada de coloração da água em função da complexação do ferro solúvel. O

mesmo efeito ocorre quando apenas polifosfatos são utilizados, que em função da

sua hidrólise geram o ortofostafo, sendo este inibidor da corrosão. Essa condição

deve ocorrer nos sistemas de resfriamento, foco de estudo deste trabalho, uma vez

que a hidrólise acontece na presença de água. A fração de ortofosfato formada em

função da hidrólise do polifosfato varia de 5 a 40% m/v. Altas concentrações de

ortofosfato oferecem maior proteção contra corrosão, enquanto altas concentrações

de polifosfato resultam em maior sequestramento (AWWA, 1996).

Testes executados por STICHEL compararam os efeitos de ortofosfatos e

polifosfatos em água quente. Os ortofosfatos reduziram a corrosão em geral,

entretanto a mistura de polifosfatos e ortofosfatos em água quente reduziu

significativamente a corrosão. Esta aparente contradição com a ação sequestrante

do polifosfato pode ser explicada pelo comportamento do polifosfato que hidrolisa

em maior quantidade em água quente (STICHEL, 1981).

21

2.2.4. – Aplicações dos polifosfatos

Polifosfatos compõe a formulações de alguns detergentes, onde tem a

principal função de diminuir a dureza da água, por apresentarem a capacidade de

complexar com os íons Ca2+ e Mg2+. Os polifosfatos auxiliam na função dos

tensoativos devido à capacidade dispersante e tamponante que apresentam

(HOURANT, 2004).

Diversos tipos de polifosfatos são utilizados como agentes dispersantes e

defloculantes na produção de cerâmicas e refratários. Na composição de tintas, os

polifosfatos funcionam como agentes dispersantes, permitindo a distribuição de

cargas iônicas de compostos solúveis e insolúveis, desta forma, estabilizando a

emulsão (HOURANT, 2004).

Polifosfatos no estado sólido vêm sendo utilizados como fertilizantes de

plantas, servindo como nutriente de fósforo e de outros minerais como K+ e Ca+ (LEE

e KANG, 2005).

Os polifosfatos possuem também muitas aplicações na indústria alimentícia,

em sucos de frutas são utilizados principalmente para estabilizar a vitamina C por

apresentarem capacidade antioxidante. Alguns polifosfatos são adicionados em

algumas bebidas energéticas como suplementos nutricionais dos minerais: fósforo,

potássio e cálcio. Ainda na indústria alimentícia, os polifosfatos são utilizados no

processamento de ovos, leites, cereais, óleos e gorduras devido à capacidade

tamponante, antioxidante e estabilizante de um modo geral. Os polifosfatos também

inibem as degradações microbiológicas e enzimáticas destes alimentos (HOURANT,

2004).

Diversos produtos utilizados na higiene bucal, como dentifrícios possuem

polifosfatos em sua composição, onde atuam na remoção de cálculos dentários

(WHITE e GERLACH, 2000).

2.2.5. – Aspectos toxicológicos dos polifosfatos

Dados toxicológicos sobre os polifosfatos quanto à administração

endovenosa são escassos. Porém, há muitos estudos que indicam a segurança do

consumo de polifosfatos por ingestão. Tais pesquisas indicam que os polifosfatos

são degradados pelo trato intestinal antes de serem absorvidos na forma de

monofosafto de difosfatos (OMS, 1964).

22

Estudos de toxicidade aguda para a administração oral de polifosfato

(hexametafosfato de sódio) indicam valores de dose letal em 50% dos indivíduos

(DL50) de 3,7 g kg-1 para camundongos e 2,4-2,9 g kg-1 para ratos. Por administração

via intraperitoneal, têm-se a DL50 de 0,19-0,69 g kg-1 para ratos e 0,87 g kg-1 para

camundongos. Na administração intraperitoneal de polifosfatos em coelhos, em uma

dose de 0,14 g kg-1 não se observou sinais de toxicidade (LENIGAN, 2001).

Considera-se que a dose máxima diária de ingestão de fósforo recomendável para

humanos é de 70 mg kg-1(WEINER, 2001).

2.2.6. – Interações ortofosfato e ferro

Ortofosfatos podem reduzir a corrosão de aço e eles têm um forte impacto

na proporção do ferro-livre. Na Figura 12 está mostrada a corrosão e proporção de

ferro-livre em função da concentração de ortofosfato. Pequenas quantidades de

ortofosfato reduzem a proporção de ferro-livre. Aumentando a concentração de 0,5

para 1,0 mg L-1 de ortofosfato na água, o ferro-livre é diminuído em dois terços.

Pesquisas feitas em Seattle por BENJAMIN e equipe mostraram que para água de

torneira, com um pH igual a 8,0, foi necessária a adição de 3,0 mg L-1 de ortofosfato,

para que a corrosão diminuísse em dois terços (BENJAMIN, 1990).

Figura 12 – Relação da corrosão com o aumento da concentração de ortofosfato

(em tubo de aço de 20 mm; pH entre 7,3 e 7,4 e concentração de 0,1 mg L-1 de

polifosfato).

Fonte: adaptado de AWWA, 1996.

KOUDELKA também sugere que a presença de alta concentração de íons

cálcio acelera a degradação do polifosfato para ortofosfato, e a degradação do

23

polifosfato também aumenta com o aumento do pH. Com isso, pode-se concluir que

filmes protetores de ortofosfatos provenientes de polifosfato de sódio são

favorecidos em pH mais altos (KOUDELKA, 1982).

2.3. – TROCADORES DE CALOR

Equipamentos como os trocadores de calor são, em um sistema de

resfriamento de uma usina hidrelétrica, os mais afetados com a formação de

bioincrustação, pois, em geral, possuem restrições de espaço. No caso dos

trocadores de placas, cujas placas ficam próximas umas das outras, por exemplo, a

formação de bioincrustação faz com que o equipamento deixe de operar

satisfatoriamente.

O processo de energia térmica entre dois ou mais fluidos em diferentes

temperaturas e separados por uma fronteira sólida, é muito comum em aplicações

de engenharia. O dispositivo usado para efetivar esta troca térmica é o trocador de

calor, que tem aplicações específicas no aquecimento e no resfriamento de

ambientes, no condicionamento de ar, na produção de energia e na recuperação de

calor (SAITO, 2003).

Os trocadores de calor podem ser classificados de acordo com o processo

de transferência, grau de compactação da superfície, tipo de construção e da

disposição das correntes dos fluidos (INCROPERA et al., 1992). De acordo com o

processo de transferência a troca térmica pode ocorrer por meio do contato direto ou

indireto entre fluidos. No contato direto o calor é transferido diretamente entre os

fluidos imiscíveis quentes, como mostrado na Figura 13, (Tqe e Tqs indicam as

temperaturas do fluido quente na entrada e na saída), e frios (Tfe e Tfs indicam as

temperaturas do fluido frio na entrada e na saída). Geralmente um dos fluidos é

gasoso enquanto que o outro é vapor ou um líquido sob baixa pressão. No contato

indireto, o calor é primeiro transferido do fluido quente para uma superfície sólida e

em seguida para o fluido frio, além disso, ambos os fluidos devem estar fluindo

simultaneamente.

24

Figura 13 - Trocador de calor do tipo contato direto.

Fonte: SAITO, 2003.

Em um trocador de armazenamento, ambos os fluidos percorrem

alternativamente as mesmas passagens de troca de calor, como mostrado na Figura

14. A superfície de transferência de calor geralmente é de uma estrutura chamada

matriz. Em caso de aquecimento, o fluido quente atravessa a superfície de

transferência de calor e a energia térmica é armazenada na matriz. Posteriormente,

quando o fluido frio passa pelas mesmas passagens, a matriz “libera” a energia

térmica (em refrigeração o caso é inverso). Este trocador é também chamado de

degenerador.

Figura 14 - Trocador de calor de armazenamento.

Fonte: SAITO, 2003.

Tqe

Tqs

Tfe

Tfs

Matriz de armazenamento

Fluido

Saída Entrada

25

Os trocadores são frequentemente caracterizados pelo tipo de construção

como tubular, em placas, superfícies estendidas, cascos e tubos, etc. (SHAH, 1987)

Os trocadores de calor do tipo casco e tubo são construídos com tubos

envolvidos por uma carcaça. Um dos fluidos passa por dentro dos tubos, e o outro

pelo espaço entre a carcaça e os tubos, como mostrado na Figura 15. Existe uma

variedade de construções diferentes destes trocadores dependendo da taxa de

transferência de calor desejada, do desempenho, da queda de pressão e dos

métodos usados para reduzir tensões térmicas, prevenir vazamentos, facilidade de

limpeza, para conter pressões operacionais, altas temperaturas, atmosferas

altamente corrosivas, fluidos muito viscosos, misturas de multicomponentes, etc.

Estes são trocadores muito versáteis, feitos de uma variedade de materiais e

tamanhos e são extensivamente usados em processos industriais.

Figura 15 - Trocador de calor tipo casco e tubo.

Fonte: SAITO, 2003.

De acordo com a disposição das correntes de água elas podem ser

classificadas como paralelas, em contracorrente e cruzadas. Um dos tipos mais

simples de trocador de calor é aquele constituído por dois tubos concêntricos no

qual os fluidos quentes e frios se movem numa mesma direção, ou em direções

opostas, como mostrado na Figura 16.

Carcaça

Tubo Tfe

Tfs

Tqe

Tqs

26

Figura 16 - Trocador de calor tipo tubo duplo.

Fonte: SAITO, 2003.

Trocadores de calor compactos são usados quando é necessária uma área

superficial de transferência por unidade de volume muito grande (maior ou igual a 7

ou igual a 700 m2 m-3). A motivação para usar uma superfície de troca compacta, é

conseguir um dado de desempenho de transferência de calor obedecendo a

limitações de massa ou volume, como no caso da refrigeração e do ar condicionado.

Trocadores de calor tipo placa (TCP), normalmente são constituídos com

placas planas lisas ou com alguma forma de ondulações, como mostra a Figura 17.

Geralmente, este trocador não pode suportar pressões muito altas, comparadas ao

trocador tubular equivalente.

Figura 17 - Trocador de calor tipo placas.

Fonte: SAITO, 2003.

Tqe

Tqs Tfe

Tfs

27

O projeto completo de um trocador de calor pode ser subdividido em três

fases principais: a análise térmica, o projeto mecânico preliminar e o projeto de

fabricação (BANSAL et al., 2000).

O projeto mecânico envolve considerações sobre pressões e temperaturas

de operação, as características corrosivas de um ou de ambos os fluidos, as

expansões térmicas relativas considerando suas consequentes tensões, e a relação

do trocador de calor com os demais equipamentos (BANSAL et al., 2000).

O projeto de fabricação requer a transcrição das características e dimensões

físicas em uma unidade que possa ser construída a baixo custo. A seleção dos

materiais, vedações, invólucros, arranjo mecânico ótimo e os processos de

fabricação devem ser especificados. O peso e as dimensões são fatores importantes

no custo final do equipamento e, portanto, devem ser considerados como variáveis

econômicas (BANSAL et al., 2000).

Para cada aplicação particular existem regras a serem seguidas para

obtenção do melhor projeto, compatibilizando as considerações econômicas com o

peso, dimensões, etc. Uma análise de fatores mecânicos e da fabricação que

envolve o projeto está além dos objetivos da presente discussão.

Trocadores de placas têm diversas vantagens sobre outros trocadores,

como a taxa de turbulência, que é resultado das corrugações de suas placas. Esta

taxa de turbulência resulta em altos coeficientes de transferência com a mesma

velocidade de fluxo. Outras vantagens dos trocadores de placas são os espaços

reduzidos requeridos e a flexibilidade em termos de possibilidade de ampliação da

capacidade (BANSAL et al., 2000).

Diversos estudos foram feitos em trocadores de placas em razão da

formação de fouling. Em seus trabalhos, SCHREIER (1994) comenta que sistemas

montados em laboratórios em menor escala utilizam parâmetros conhecidos como

temperatura e fluxo. Entretanto, os resultados são de difícil aplicação em uma escala

industrial, pois existem diversas combinações de temperatura e de fluxo que quando

usadas, formam as bioincrustações e, frequentemente, os resultados obtidos em

laboratório não prevêem o comportamento real em escala industrial (SCHREIER,

1994).

28

2.4. – CORROSÃO

Corrosão metálica é definida como uma deterioração gradual ou alteração

por um processo de oxidação químico ou eletroquímico (UHLIG, 1971).

Quando um metal é parcialmente imerso numa solução de seus íons,

observa-se a ocorrência de uma separação de cargas e o estabelecimento de uma

diferença de potencial entre o metal e a solução (GENTIL, 1970).

Alguns dos átomos do metal perdem elétrons, passando para a solução

como íons do metal: M → M+ + e. Esse processo leva a acumulação dos elétrons

liberados no metal, que passam a ter carga elétrica negativa em relação à solução

(DENARO, 1974).

Analogamente, alguns dos íons do metal em solução abstraem elétrons do

metal, depositando-se como átomos metálicos, M+ + e → M. Esse processo leva a

um déficit de elétrons no metal, que assim, passaria a ter carga positiva em relação

à solução (DENARO, 1974).

Se a primeira reação ocorrer mais rapidamente que a segunda, o metal

adquire carga global negativa, o que dificulta a saída dos íons positivos do metal,

retardando assim a velocidade de reação. A carga negativa do metal pode atrair os

íons metálicos positivos em solução, acelerando a segunda reação. Dessa maneira,

as velocidades das duas reações se igualam, estabelecendo-se um equilíbrio

(DENARO, 1974).

Se a segunda reação ocorrer inicialmente com maior velocidade, o metal

passa a ter uma carga global positiva, acelerando, dessa maneira, a primeira reação

e retardando a segunda, levando novamente ao estabelecimento de um equilíbrio

(DENARO, 1974).

A primeira razão porque o ferro ou aço corroem é que o elemento ferro, isso

é, a condição do ferro como ele existe após ter sido reduzido do seu minério é

termodinamicamente instável. Não existe ferro livre na natureza. O ferro existe em

combinação com outros elementos como oxigênio ou enxofre. A fim de se converter

o ferro do estado oxidado para o metal, é necessário fornecer uma grande

quantidade de energia ao sistema. Esta energia é então armazenada no ferro

metálico. As leis fundamentais governando a conservação de energia requerem que

o balanço de energia deva ser restabelecido pelo retorno do metal instável ao seu

estado oxidado (UHLIG, 1971).

A corrosão atmosférica, embora não seja uma forma isolada de corrosão, é

singularmente importante por existirem diversas estruturas externas, tais como

29

edifícios metálicos, pontes, cercas, torres, automóveis, navios e inúmeras outras

aplicações que estão expostas ao ambiente atmosférico e, portanto, sujeitas a

corrosão. Os custos associados resultantes da corrosão atmosférica podem ser

estarrecedores. Por isso, muita atenção é dedicada a esse respeito (UHLIG, 1971).

A corrosão atmosférica depende não apenas do conteúdo do eletrólito, como

por exemplo, umidade ou outros vapores presentes no ambiente, mas também da

temperatura do ar e do conteúdo de pó, que podem afetar a condensação do

eletrólito sobre a superfície do metal e na corrosividade resultante. A corrosão

atmosférica é um processo descontínuo, pois nem sempre há presença de algum

eletrólito (DRAZIG, 1989).

2.4.1 – Corrosão microbiológica

A denominação corrosão microbiológica, empregada para expressar a

participação dos microorganismos nos fenômenos de corrosão, pode induzir a

pensar em um novo tipo de processo de corrosão, mas a natureza eletroquímica da

corrosão metálica continua presente na corrosão microbiológica. Os

microorganismos participam de forma ativa no processo, mas sem modificar a

natureza eletroquímica do fenômeno.

Os microorganismos participam no processo de corrosão:

a) produzindo substâncias corrosivas, originadas em seu crescimento ou

metabolismo, as quais podem ser de natureza química diversa, como

ácidos, álcalis, sulfetos, etc., que transformam um meio originalmente

inerte em agressivo; e

b) originando pilhas de aeração diferencial por efeito de um consumo

desigual de oxigênio em zonas localizadas, como é o caso dos

tubérculos encontrados na corrosão de canos de ferro ou em tanques

de combustível feitos de alumínio ou suas ligas (VIDELA, 1981).

Ocorre, assim, um processo de oxidação catódico complementar, o qual

dependendo das características do meio (pH, aeração, composição química, etc.)

transcorrerá por meio de algumas reações catódicas possíveis: redução de oxigênio

(em meio aerado e pH aproximadamente neutro) ou redução de prótons (em meio

não-aerado e ácido) (ATKINS, 1978).

Os microorganismos modificam a interface metal/solução para induzir,

acelerar ou inibir o processo anódico ou catódico que controla a reação de corrosão.

30

Às vezes a influência microbiana pode ser sinergética sobre as reações,

favorecendo uma reação em detrimento da outra ou, ainda, inibindo-as

completamente (VIDELA, 2003).

As bactérias se reproduzem por divisão binária e sua multiplicação

corresponde a uma progressão geométrica: 20→21

→22... 2n. Desta forma, o número

de células aumenta, a cada intervalo de tempo, segundo um fator constante que

caracteriza o crescimento do tipo exponencial (VIDELA, 2003).

Denomina-se genericamente fouling, ou acumulação, a formação de

depósitos sobre a superfície de equipamentos ou instalações industriais. Esses

depósitos têm como efeito negativo uma importante diminuição da eficiência e da

vida útil do equipamento. O biofouling presente nos ambientes industriais é

complexo e geralmente consiste no acúmulo de biofilmes. Um biofilme é constituído

de células imobilizadas sobre um substrato. Na maioria das vezes, esses complexos

depósitos se formam rapidamente e aderem mais firmemente às superfícies que os

biofilmes isolados. A presença de biofouling pode ocorrer tanto em fluxos turbulentos

como em águas paradas, sobre diversos tipos de superfícies, metálicas ou não, lisas

ou em fissuras (VIDELA, 2003).

Sobre um metal em contato com águas naturais, ocorrem processos

biológicos, que produzem o biofouling, e processos inorgânicos cujo resultado é a

corrosão. Primeiro, ocorre a formação de um filme de moléculas orgânicas, que

modifica o molhamento e a distribuição de cargas na superfície sólida, facilitando a

posterior aderência dos microorganismos presentes no líquido. Essa aderência

microbiana é causada principalmente por forças físicas e interações eletrostáticas, e

tem caráter reversível (ou seja, pode ser retirada com o uso de um jato de água). As

células microbianas que permanecem na superfície iniciam um processo de

produção de material polimérico, pelo qual aderem firmemente à superfície (VIDELA,

1981).

2.4.2 – Biocorrosão por bactérias oxidantes do ferro

Esse tipo de corrosão se deve a um grupo heterogêneo de microorganismos

que têm em comum a capacidade de oxidar o íon ferroso (Fe++) a férrico (Fe+++)

como forma de obter energia. O produto dessa oxidação é geralmente hidróxido de

ferro precipitado. Em geral, os microorganismos oxidantes de íons metálicos (ferro,

manganês) criam ambientes fortemente corrosivos para o ferro e suas ligas, pelo

31

aumento da concentração de íons cloreto, decorrentes da formação de cloreto de

ferro ácido e da produção de cloreto de manganês (VIDELA, 2003).

Um dos exemplos mais frequentes desse caso de biocorrosão é encontrado

nas tubulações de ferro para distribuição de água potável, em que excrescências

tuberculares, formadas na parede interna das tubulações, são constituídas

principalmente por hidróxido férrico associado a outros compostos de ferro, cálcio e

manganês. Quando as zonas internas e menos oxigenadas do tubérculo crescem, a

corrosão é ainda maior devido à ação dos sulfetos e outros derivados do

metabolismo das bactérias (VIDELA, 2003).

Esses fenômenos ocorrem em águas contendo bactérias capazes de utilizar

em seus metabolismos, hidrogênio livre (hidrogênio catódico) ou hidrogênio

combinado de compostos orgânicos. Entre essas bactérias estão: redutoras de

nitratos ou nitritos (Micrococcus denitrificans); redutoras de CO2, com formação de

metano (Methanobacterium omeliansky); e as redutoras de sulfatos, que são as mais

frequentes, como a Desulfovibrio desulfuricans. O crescimento dessas bactérias

depende de condições favoráveis de pH, entre 5,5 e 8,5, ausência de oxigênio,

concentração adequada de sulfato e presença de nutrientes, incluindo matéria

orgânica (GENTIL, 1970).

Do ponto de vista eletroquímico, o mecanismo de corrosão é causado pelo

estabelecimento de uma célula de aeração diferencial formada entre a parte externa

(aeróbica) do tubérculo, em contato com o oxigênio dissolvido na água e que atua

como cátodo, e a parte interna (anaeróbica), onde ocorre o processo anódico de

corrosão. Uma característica única desse tipo de biocorrosão é que uma vez

formada a estrutura tubercular pela ação metabólica dos microrganismos, a

aceleração da corrosão por aeração diferencial pode continuar ativa depois da morte

da população microbiana, desde que se mantenha a barreira à difusão do oxigênio

constituída pela massa tubercular (VIDELA, 2003).

Uma descrição esquemática dos processos químicos de formação e

crescimento de tubérculos em tubulações de ferro para distribuição de água potável

foi publicada por TORRABADELLA, conforme ilustrado na Figura 18

(TORRABADELLA et al., 1972).

Na Figura 18 é demonstrada a formação do tubérculo: (1) - processo de

corrosão eletroquímica; (2) – processo de despolarização catódica e formação de

sulfetos; (3) – processo de redissolução do sulfeto ferroso; e (4) – processo de

oxidação e precipitação de hidróxido férrico (VIDELA, 1981).

32

Figura 18 - Processos químicos de formação de tubérculos.

Fonte: TORRABADELLA et al., 1972.

2.4.3 – Formas de evitar a corrosão

Uma forma usual de prevenir a corrosão dos metais é o revestimento das

superfícies por galvanização, zincagem e outros tipos de metalização, por formação

de filmes protetores ou por pintura, que é o caso mais comum na proteção de aços

estruturais.

Uma vez selecionada a tinta ou outro revestimento a ser utilizado é

imperativo que o mesmo seja aplicado de forma a se conseguir o máximo benefício

de proteção contra corrosão (LIMA, 1993).

Com esse objetivo, um dos fatores de extrema importância a ser verificado é

a preparação da superfície onde será aplicado o revestimento. Inicialmente, uma

pré-inspeção da superfície deve ser feita, de forma a eliminar os possíveis cantos

vivos, respingos de solda, resíduos de óleo, graxa ou outros contaminantes (UHLIG,

1971).

33

Outra forma de prevenir a corrosão é o uso de inibidores de corrosão, que

paralisam ou reduzem a velocidade de corrosão metálica, essa é obtida geralmente

com substâncias que, utilizadas em pequenas quantidades reduzem a corrosividade

do meio sobre o metal, a ação inibidora pode ocorrer por diminuição da velocidade

de uma das reações (anódica ou catódica) do processo de corrosão, ou pela

produção de um filme estável e uniforme, aumentando dessa forma a resistência

elétrica no circuito. São dois tipos de inibidores de corrosão que atuam segundo

(VIDELA, 2003):

- suas propriedades oxidantes (por exemplo, cromatos, nitritos); ou

- sua necessidade de oxigênio dissolvido no meio para cumprir a função de

formar filmes protetores (por exemplo, carbonatos, fosfatos) (VIDELA, 2003).

Geralmente inibidores oxidantes se mostram mais efetivos em baixas

concentrações do que os inibidores do segundo tipo, sendo utilizados para inibir a

corrosão de metais e ligas que apresentam transições ativo/passivo, como é o caso

do ferro e dos aços oxidáveis (VIDELA, 2003).

2.5. – HIDRÓXIDO DE SÓDIO

O hidróxido de sódio ou soda cáustica (NaOH, massa molar = 40 g mol-1), é

um sólido esbranquiçado e deliquescente. Pode se apresentar na forma sólida (em

barras, escamas, flocos, grânulos, lentilhas, pó, massa fundida, pastilhas ou cilindros

brancos secos, duros, quebradiços, de fratura cristalina, inodoro) ou na forma líquida

em concentração até 73% m/v. Apresenta grande solubilidade em água (1:1) e

álcool. (FARMACOPÉIA, 1977).

O NaOH na forma sólida em geral apresenta uma concentração de 96 a 99%

m/m, enquanto que na forma líquida esta concentração está na ordem de 49% m/v

(TRIKEM, 2002).

Apresenta uma dose tóxica de aproximadamente 6 gramas (alguns autores

indicam um dl=5 gramas), sendo uma concentração máxima permitida no ar de

2 mg m-3 (FREITAS et al., 2006).

Os álcalis, além da ação química irritante direta sobre os tecidos, também

provocam destruição decorrente da alta temperatura das reações químicas

exotérmicas ao reagir com os produtos essenciais das células (água, proteínas e

lipídios) chegando a atingir até 100 ºC. Os danos teciduais são produzidos por

necrose com liquefação pela saponificação das gorduras e solubilização das

34

proteínas permitindo a penetração profunda dos xenobióticos nos tecidos. A

saponificação se estende aos lipídios que entram na constituição das mucosas e dos

tegumentos, além de dissolverem as matérias proteicas formando os proteinatos

(PLUNKET, 1974).

O NaOH não tem absorção sistêmica, os efeitos ou complicações sistêmicas

são decorrentes de sua ação direta nos tecidos de contato (FILHO, 1988), também

não tem poder carcinogênico direto, o surgimento de carcinoma está relacionado

com o grau de destruição tecidual e o grau de formação de estenoses (FREITAS et

al., 2006).

No processo fisiopatológico, há uma relação direta entre o tempo de

exposição ao NaOH, e a sua concentração. Outros fatores incluem o tipo de agente

agressor, o estado físico (sólido, líquido ou gasoso), o volume de ingestão e a

viscosidade do agente alcalino. Quantidades menores, em concentrações mais

baixas, resultam em menor lesão da mucosa (ROTHSTEIN, 1986).

Estudos experimentais permitiram evidenciar 3 fases nas lesões causadas

por ingestão de álcalis: A Fase 1, até o quinto dia, consta de destruição dos tecidos

por necrose de liquefação, trombose vascular, invasão de bactérias e leucócitos. A

Fase 2, ou reparadora, vai do quinto dia ao final da segunda semana, e se

caracteriza por tecido de granulação e início de deposição do colágeno, o qual se

estende da segunda semana a vários meses. A reepitelização da mucosa esofágica

leva em média 30 dias. Se houver destruição da submucosa, 120 dias ou mais

podem ser necessários para sua recuperação. A última, fase 3 ou de cicatrização,

começa no final da segunda semana e, pela deposição de colágeno, ocorre

estenose e encurtamento do esôfago (CORSI, 2000).

O uso do NaOH em ambientes de trabalho é amplamente difundido em

função da sua capacidade de remover sujeiras pela sua ação saponificante e, em

virtude disso, está presente em praticamente todos os ramos industriais.

A resolução 357 do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) que

regulamenta o lançamento de efluentes não possui normas específicas para o

lançamento de NaOH ou seus derivados. Porém, a alteração de pH ocasionada

pelo lançamento de uma base forte na água é normatizada no artigo 24, tendo seu

parâmetro limitado a no máximo 9 (BELZ et al., 2005).

35

2.6. – CLASSIFICAÇÃO DAS ÁGUAS

O rio Capivari é classificado segundo a SUREHMA como águas doces de

classe 1 (PORTARIA SUREHMA, 1989).

Essas águas podem ser destinadas:

a) ao abastecimento para consumo humano, com desinfecção;

b) à proteção do equilíbrio natural das comunidades aquáticas; e,

c) à preservação dos ambientes aquáticos em unidades de conservação de

proteção integral. (CONAMA 357, 2005).

O rio Capivari é classificado também segundo a SUREHMA como águas

doces de classe 2 (PORTARIA SUREHMA, 1991), como descrito no mapa de

enquadramento mostrado na Figura 19.

Essas águas podem ser destinadas:

a) ao abastecimento para consumo humano, após tratamento convencional;

b) à proteção das comunidades aquáticas;

c) à recreação de contato primário, tais como natação, esqui aquático e

mergulho, conforme resolução do CONAMA nº 274, de 2000 (CONAMA 357, 2005).

Figura 19 – Mapa de enquadramento do rio Capivari.

Fonte: SUDERHSA; SEMA; SANEPAR, 2006.

O critério “alteração da qualidade da água” é verificado pelas variáveis:

qualidade da água afluente e capacidade de recuperação do rio a jusante. A

qualidade da água afluente será resultante da combinação das variáveis: densidade

de uso da água e da capacidade de recuperação da mesma. Para a capacidade de

recuperação à jusante deverão ser consideradas as variáveis: geomorfologia do rio,

existência de cidades ou indústrias e presença de corpos d’água afluentes (SOUSA,

2000).

36

Os limites dos parâmetros de enquadramento para águas dos rios Classe I e

II são iguais, como mostrados na Tabela 01. Para os elementos analisados neste

trabalho, somente a turbidez é diferente para os rios de Classe I e II.

Tabela 01 – Valores máximos admitidos segundo CONAMA 357 para águas de rios

Classe I e II:

Classe I Classe II

pH 6,0 – 9,0 6,0 – 9,0

Condutividade (µS cm-1) NE NE

Fósforo total (ambiente lótico) (mg L-1) 0,1 0,1

Fósforo total (ambiente lêntico) (mg L-1) 0,020 0,020

Nitrogênio total após oxidação.

(ambiente lótico) (mg L-1) 2,18 2,18

Turbidez (NTU) 40 100

Sólidos dissolvidos totais (mg L-1) 500 500

Sódio (mg L-1) NE NE

Ferro dissolvido (mg L-1) 0,3 0,3

Alumínio dissolvido (mg L-1) 0,1 0,1

Silício (mg L-1) NE NE

Manganês (mg L-1) 0,1 0,1

Óleos e Graxas Virtualmente

Ausentes

Virtualmente

Ausentes

Cobre dissolvido (mg L-1) 0,009 0,009

Arsênio (mg L-1) 0,01 0,01

Fosfato (mg L-1) NE NE

NE = Não especificado.

Fonte: CONAMA 357, 2005.

37

Capítulo 3

3.1. - METODOLOGIA

Por meio da utilização de análises de potenciometria, condutimetria,

absorção atômica, turbidimetria, espectrofotometria de UV-VIS, de gravimetria e de

análises do comportamento da temperatura do óleo dos transformadores elevadores

da UHEGPS, foi feita a avaliação técnica da substituição do produto atualmente

utilizado na usina, o hidróxido de sódio, por uma solução de ortopolifosfato.

A aplicação do produto ortopolifosfato foi executada em uma das quatro

máquinas operantes na usina por um período de seis meses, para que os resultados

pudessem ser comparados com o comportamento das outras três máquinas, nas

quais o ortopolifosfato não foi aplicado.

As coletas de água foram executadas por sete meses anteriores a aplicação

do ortopolifosfato, para obter uma base da qualidade da água antes da adição do

produto em estudo, e durante a aplicação do ortopolifosfato, para avaliar o efeito da

adição deste produto na qualidade das águas.

Para o cálculo do valor médio e do intervalo de confiança, foi utilizado a

distribuição t de Student com um intervalo de confiança em nível de 95%, utilizando

o software Excel® 2007.

3.2. – MATERIAIS E EQUIPAMENTOS

Os materiais e equipamentos que foram utilizados no desenvolvimento deste

projeto foram:

• 1000 L de solução de produto a base de ortopolifosfatos, adquirido da

empresa CLANOX.

• Solução de hidróxido de sódio 50% m/v (fornecido pelo corpo técnico

da UHEGPS).

• Temporizador TEMP, (Timer).

• Reservatórios com capacidade de 100 e 200 L.

• Frascos plásticos com capacidade de 1000 mL para coleta das

amostras de água.

38

• Bomba injetora automática Exatta.

• Espectrômetro de absorção Atômica Perkin Elmer, modelo 4100.

• Condutivímetro Digimed, modelo DM 31.

• pHmetro Digimed, modelo DM 22.

• Balança analítica Sartorius, modelo BP221S.

• Turbidímetro Cole Parmer, modelo 8391-40.

• Espectrofotômetro de UV-VIS HP, modelo 8450A.

3.3. - MÉTODOS DE ENSAIOS FÍSICO-QUÍMICOS REALIZADOS NAS

AMOSTRAS DE ÁGUA

As metodologias de análise das águas coletadas nos rios Capivari e

Cachoeira (espectrometria de absorção atômica, espectrofotometria de UV-VIS,

potenciometria, turbidimetria e condutometria) seguiram o ALPHA, Standard

Methods for the Examination of Wather and Wastewather (ALPHA, 1998).

Foram utilizadas diversas técnicas analíticas para obter os resultados das

concentrações dos elementos nas águas utilizadas pela UHEGPS, dentre essas

técnicas estão a espectrometria de absorção/emissão atômica, onde foram

analisados os elementos alumínio, arsênio, cobre, ferro, manganês, sódio e silício, a

potenciomentria que foi utilizada para determinar o pH das águas, a turbidimetria,

para analisar a turbidez, e a espectrofotometria de UV-VIS para analisar fósforo

total, nitrogênio e ortofosfato nas amostras. Também foram utilizadas técnicas de

gravimetria para analisar sólidos totais e óleos e graxas.

3.3.1. Coleta da solução de hidróxido de sódio

Primeiramente, para efeito de estudo e comparação do produto substituído,

foram coletadas amostras da solução de hidróxido de sódio em utilização na

UHEGPS (Figura 20). Estas amostras foram devidamente caracterizadas, por meio

de ensaios de determinações de metais (sódio, alumínio, cobre, ferro, silício, e

manganês), pH, condutividade, fósforo total, nitrogênio total, sólidos totais e turbidez.

39

Figura 20 - Coleta de amostra da solução de hidróxido de sódio utilizada no

sistema de resfriamento da UHEGPS.

3.3.2. Definição dos pontos de coleta da amostras

Paralelamente às coletas de hidróxido de sódio, foram definidos seis locais

para as coletas de água para acompanhamento do efeito ao meio ambiente em

decorrência do uso dos produtos desincrustantes (hidróxido de sódio e

ortopolifosfato).

Os seis pontos foram denominados como:

• Ponto 1: O Ponto 1 foi identificado como sendo o local de tomada de

água da usina, na represa do rio Capivari conforme mostrado na Figura

21.

40

Figura 21 - Coleta de água no Ponto 1 (Represa do Rio Capivari).

• Ponto 2: Tubulação de água (antes da adição da solução de hidróxido

de sódio). O Ponto 2 fica antes da adição da solução de hidróxido de

sódio, próximo ao local indicado na Figura 20.

• Ponto 3: Canal de Fuga dentro da usina. O Ponto 3 fica localizado

dentro da usina, após adição da solução de hidróxido de sódio e após a

junção da água das turbinas e do sistema de resfriamento, conforme

mostrado na Figura 22.

Figura 22 - Ponto 3: (A) Local da coleta, (B) fluxo da água do canal de fuga ainda

dentro da usina.

(A) (B)

41

• Ponto 4: Canal de fuga fora da usina. No Ponto 4 a água foi coletada

logo em seguida da saída da usina próximo a ponte, conforme

mostrado na Figura 23.

Figura 23 - Ponto de coleta 4, canal de fuga fora da usina.

• Ponto 5: Rio Cachoeira (montante). Ponto localizado à montante do

canal de fuga da usina, a cerca de 50 m deste, conforme mostrado na

Figura 24(A).

• Ponto 6: Rio Cachoeira (jusante). Ponto localizado à jusante do canal

de fuga da usina, a cerca de 50 m deste, conforme mostrado na

Figura 24(B).

Figura 24 – Pontos de coleta 5 e 6: Rio Cachoeira (A) antes e (B) depois do

encontro com as águas do canal de fuga da usina.

(A) (B)

42

Os seis pontos de coleta podem ser melhor visualizados na Figura 25, onde

estes são indicados por flechas e pelos respectivos números.

Figura 25 - Pontos de coleta para monitoramento da qualidade da água.

3.3.3. – Definição dos parâmetros de análise

Uma vez definidos os pontos e locais de coleta, foram definidos os ensaios

químicos necessários para avaliar o efeito ao ambiente pelo uso de qualquer um dos

dois produtos utilizados na usina.

Esses ensaios foram definidos em três grupos, a saber: • Grupo 1: pH, condutividade, nitrogênio total, turbidez, sólidos totais.

Ensaios necessários para a renovação das licenças de operação da

usina solicitados pelo CONAMA 357 e que podem ser influenciados

pelos produtos utilizados.

• Grupo 2: sódio, cobre, manganês, ferro, silício e alumínio. Ensaios

específicos necessários para avaliar efeito no ambiente pela utilização

do hidróxido de sódio.

• Grupo 3: Fósforo total, fósforo reativo, fósforo hidrolizável e arsênio.

Ensaios específicos necessários para avaliar o efeito no ambiente

gerado pela substituição de NaOH por ortopolifosfato.

43

Por meio do monitoramento contínuo destes parâmetros físico-químicos nas

amostras coletadas nos locais descritos no item 3.3.2, foi possível inferir sobre o

efeito ambiental da substituição da solução de hidróxido de sódio pelo ortopolifosfato

no condicionamento/tratamento de água dos sistemas da UHEGPS.

44

Capítulo 4

4.1. - RESULTADOS E DISCUSSÃO

Neste capitulo estão apresentados os resultados obtidos no desenvolvimento

da pesquisa.

4.1.1. – Avaliação da co-injeção dos produtos

No início, foi feita uma avaliação da viabilidade de co-injeção dos produtos

hidróxido de sódio e ortopolifosfato, com o intuito de verificar a possibilidade de

aproveitar o sistema de injeção de hidróxido de sódio atualmente instalado na

UHEGPS. Utilizando o mesmo sistema de injeção, despesas provenientes da

instalação de um sistema exclusivo para o ortopolifosfato seriam evitadas.

Para avaliar a viabilidade técnica de mistura dos dois produtos, a solução de

NaOH (50% m/v) foi adicionada a uma solução de ortopolifosfato. Na Figura 26

estão apresentadas fotos mostrando o aspecto transparente das duas soluções

puras. Com adição de 10% v/v de NaOH (50% m/v) ao ortopolifosfato, não houve

alteração imediata no aspecto da mistura, mantendo a transparência das soluções

puras. Porém, após 72 h foi possível visualizar a formação de grumos no fundo do

recipiente (Figura 27 A). Com a adição de 30, 50 e 70% v/v de NaOH ao

ortopolifosfato, formou-se imediatamente um precipitado branco de fosfato de sódio,

sem nenhum sobrenadante remanescente (Figura 27 B). E com adição de 90% v/v

de NaOH ao ortopolifosfato, a mistura final ficou esbranquiçada, apresentando um

aspecto leitoso homogêneo (Figura 27 C). Esses resultados mostram que a co-

injeção de ortopolifosfato e NaOH não é indicada para soluções de ortopolifosfato

contendo concentrações de hidróxido de sódio superiores a 10% v/v. E, que as

misturas que contém 10% v/v de hidróxido de sódio formam precipitados em

aproximadamente 3 dias após a mistura.

45

Figura 26 - (A) Produto a base de ortopolifosfato puro e (B) solução de hidróxido de

sódio (50% m/v).

Figura 27 - Misturas de ortopolifosfato/NaOH em diferentes proporções: (A) 90/10;

(B) representando o resultado das misturas de proporções 30/70, 50/50 70/30, e (C)

10/90.

A partir desse resultado observou-se que poderiam ocorrer problemas na

adição conjunta dos dois produtos em misturas próximas a 50/50.

46

Para certificar se haveria a possibilidade de co-injeção dos produtos, baseado

nos resultados anteriores que demonstravam que não haveria problemas se fossem

misturados a uma proporção de 90% v/v de ortopolifosfato e 10% v/v NaOH (50%

m/v), foi avaliada a taxa de conversão do polifosfato em ortofosfato por meio de

análises espectrofotométricas. Para este teste, foi medida a quantidade de

ortofosfato formada em função do tempo com a adição do NaOH ao polifosfato,

utilizando o método do Amarelo de Vanadato. É possível observar pela Figura 28,

que a taxa de conversão do polifosfato em ortofosfato por hidrólise na presença de

água, é lenta apresentando um aumento pouco significativo comparativamente a

presença da solução de hidróxido de sódio, cuja conversão é rápida (Figura 28).

Neste último caso, o valor máximo foi atingido após, aproximadamente, 7 dias.

Esse aumento da quantidade de ortofosfato indica a quebra das ligações do

polifosfato o que implica em perda de eficiência na capacidade de desincrustação,

evidenciando a impossibilidade de co-injeção dos dois produtos.

Figura 28 – Formação de ortofosfato a partir da hidrólise do polifosfato da solução a

base de ortopolifosfato pela adição de (●) água e de (▲)10% de NaOH.

4.1.2. – Aplicação de ortopolifosfato na UHEGPS

Eliminada a possibilidade de realizar a co-injeção dos produtos hidróxido de

sódio e ortopolifosfato, foram calculados os valores para adição da solução do

produto ortopolifosfato puro. Nos cálculos foram considerados os dados fornecidos

pelos operadores da usina como vazão da água (55 L/s) e períodos de injeção do

47

hidróxido de sódio (6 h de adição e 6 h sem adição), e a concentração de

ortopolifosfato indicada pelo fabricante para limpeza de tubulações muito incrustadas

equivalente a 5 mg L-1. Para facilitar a injeção com a bomba injetora a solução

original de ortopolifosfato foi diluída 1:1 com água e injetada a um fluxo de 1,1 L h-1

para alcançar a concentração indicada pelo fabricante (5 mg L-1).

A quantidade do produto a base de ortopolifosfato a adquirida não foi

suficiente para promover a adição em todas as máquinas, por isso foi acordado com

a equipe da usina que apenas uma máquina seria escolhida para efeito comparativo

com as outras três. A máquina que teve uma parada programada recente e estaria

em manutenção na data próxima ao início desta pesquisa foi a máquina 3 e por isso

foi escolhida esta para instalação de um sistema de injeção independente das outras

máquinas.

Como não era possível interromper a adição de hidróxido de sódio apenas na

máquina 3, e como o hidróxido de sódio era injetado por 6 h seguidas, acordou-se

em injetar o produto ortopolifosfato nos intervalos em que não era injetado o

hidróxido de sódio, desta forma o efeito do hidróxido de sódio sobre o ortopolifosfato

seria mínimo e seria possível avaliar a capacidade de desincrustação do produto

ortopolifosfato em um sistema individual.

O sistema de injeção do ortopolifosfato foi preparado com auxílio das equipes

técnicas da UHEGPS. Foram instalados no ponto anterior aos trocadores de calor,

uma válvula de injeção (Figura 29), uma bomba dosadora (Figura 30) um

temporizador (Figura 30) e o tanque de armazenamento de ortopolifosfato (Figura

31). O fluxo de injeção foi regulado para 1,1 L h-1 .

48

Figura 29 - Válvula de injeção instalada no ponto anterior aos resfriadores.

Figura 30 - Bomba injetora e temporizador instalados.

49

Figura 31 - Sistema completo de injeção, contendo no reservatório, o produto

desincrustante diluído.

4.1.3. – Avaliação do desempenho do ortopolifosfato nas bioincrustações

Para determinar a capacidade de desincrustação do produto proposto, foi

aberta a tubulação e determinado o diâmetro interno da abertura da tubulação. Na

tubulação maior, a abertura foi medida em 12,5 cm, como mostrado na Figura 32. E

na tubulação menor, a abertura foi medida em 5,5 cm, conforme mostrado na Figura

33.

50

Figura 32 - Tubulação de maior espessura com abertura de (A) 12,5 cm de

diâmetro; (B) detalhe da formação de bioincrustação em todo o tubo.

Figura 33 - Tubulação de menor espessura com abertura de 5,5 cm de diâmetro.

Uma análise efetuada em meados de 1970 mostrava que as bioincrustações

de UHEGPS apresentavam altas concentrações de óxido de ferro, matéria orgânica,

silício, magnésio, alumínio e fósforo, porém a magnitude das concentrações não foi

apresentada neste trabalho (ALBERTI et al., 1993).

Para determinar a ordem de grandeza da concentração dos componentes da

bioincrustação encontrada na tubulação analisada (Figuras 32 e 33), foi realizada

uma análise dos elementos presentes por espectrometria de absorção atômica,

cujos resultados encontrados estão apresentados na Tabela 02. Pode-se observar

que os elementos em maior quantidade encontrados foram ferro, manganês, silício e

zinco. Outros elementos que se apresentaram em menores quantidades foram

alumínio, cálcio e magnésio, potássio e sódio. E, em muito menor quantidade

chumbo, cobre, vanádio, cromo, níquel. Elementos como molibdênio, cobalto,

antimônio, bismuto, bário, prata e cádmio também foram investigados, porém não

(A) (B)

51

foram detectados na bioincrustação analisada. Os metais presentes na

bioincrustação são provenientes da água utilizada no sistema de resfriamento (água

bruta), com exceção do ferro presente na primeira camada próxima ao tubo que é

proveniente do próprio tubo de aço.

Tabela 02 - Análise da bioincrustação da tubulação encontrada na entrada do

trocador de calor.

Elemento Concentração

Unidade

Ferro (expresso em óxido de ferro) 35,2 % em massa seca Manganês (expresso em óxido de manganês) 24,0 % em massa seca Silício (expresso em óxido de silício) 10,1 % em massa seca Zinco (expresso em óxido de zinco) 2,3 % em massa seca Alumínio (expresso em óxido de alumínio) 1,7 % em massa seca Cálcio (expresso em óxido de cálcio) 0,3 % em massa seca Magnésio (expresso em óxido de magnésio) 0,08 % em massa seca Potássio (expresso em óxido de potássio) 0,04 % em massa seca Sódio (expresso em óxido de sódio) 0,02 % em massa seca Cobre (expresso em óxido de cobre) 0,005 % em massa seca Vanádio (expresso em óxido de vanádio) 0,002 % em massa seca Cromo (expresso em óxido de cromo) 0,002 % em massa seca Níquel (expresso em óxido de níquel) 0,001 % em massa seca Matéria Orgânica 20,0 % em massa seca Perda ao fogo 5,0 % em massa seca

Os resultados apresentados referem-se à amostra seca, a concentração de

água encontrada foi de 80 %. A análise de perda ao fogo se refere à

descarbonatação da amostra.

4.2. – AVALIAÇÃO AMBIENTAL DA SUBSTITUIÇÃO DA SOLUÇÃO DE NaOH

POR ORTOPOLIFOSFATO

4.2.1. – Análise da solução de NaOH

Na Tabela 03 estão mostrados os resultados das análises de metais

realizadas na solução de hidróxido de sódio, utilizada nos sistemas de resfriamento

da UHEGPS. Os resultados indicaram os seguintes metais como contaminantes:

alumínio, cobre, manganês, ferro e silício. Em razão destes resultados estes

52

parâmetros foram incluídos nas análises de água realizadas para avaliar o efeito da

substituição da solução de hidróxido de sódio por ortopolifosfato.

Tabela 03 - Resultados obtidos na análise química de uma amostra de solução de

NaOH utilizada nos sistemas de resfriamento da UHEGPS.

Parâmetros Analisados Concentração (mg L-1)

Alumínio 2,0

Cobre 2,0

Manganês 1,0

Ferro 1,4

Silício 50,0

4.2.2. – Gráficos e tabelas dos resultados das análises de água

Para facilitar a visualização e comparação dos resultados, todos os dados são

mostrados em gráficos e as médias em tabelas. Para avaliar o efeito da substituição

da solução de hidróxido de sódio por ortopolifosfato, os diferentes parâmetros foram

agrupados de acordo com os pontos de coletas das amostras de água.

As coletas foram feitas em duas etapas. Na primeira, essas foram feitas em

todos os pontos demarcados (conforme item 3.3.2), enquanto a usina utilizava

somente o hidróxido de sódio nos sistemas de resfriamento da UHEGPS. Os

resultados destas análises estão ilustrados nos gráficos por meio dos pontos em

vermelho (quadrados). Na segunda etapa as coletas foram realizadas durante a

injeção do ortopolifosfato. Os resultados destas análises estão ilustrados nos

gráficos por meio dos pontos em azul (círculos).

Na Figura 34 estão demonstrados os resultados obtidos para as análises de

pH em todos os pontos amostrados.

53

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

pH

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

pH

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

pH

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

pH

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

pH

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

pH

Coleta

Figura 34 - Variação do pH nas amostras de água coletadas nos pontos de coletas

(A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 e (F) 6, durante a aplicação de (■) NaOH e

(●) ortopolifosfato.

Como descreve FERREIRA e colaboradores, o pH é um fator importante na

avaliação de um rio, pois os indivíduos de espécies aquáticas estão submetidos ao

pH em diversas fases de desenvolvimento. Por meio de diversos estudos em

solução alcalina (pH 9,0-10,5) foi obtido menor índice de fertilização do que em água

(A) (B)

(E) (F)

(C) (D)

54

com solução ácida (pH 4,5 - 5,5) além de notarem uma maior taxa de deformidade

nas larvas de peixes em pH básico (FERREIRA, 2001).

A partir dos resultados obtidos com as análises foi possível concluir que a

adição de hidróxido de sódio, que seria o principal agente modificador deste

parâmetro, não teve influência na água do rio em que foi lançado, uma vez que os

valores médios de pH, mostrados na Tabela 04 permaneceram os mesmos durante

sua injeção no sistema de resfriamento da usina.

A injeção do ortopolifosfato também não afetou o pH da água do rio conforme

mostrado na Tabela 04.

Tabela 04 – Valor médio das medidas de pH dos seis pontos de coleta durante a

adição de:

VALOR MÉDIO DO pH DA ÁGUA COLETADA:

Ponto 1 Ponto 2 Ponto 3 Ponto 4 Ponto 5 Ponto 6

NaOH 7,6±0,1 7,2±0,1 7,0±0,1 7,1±0,1 7,6±0,1 7,2±0,1

Ortopolifosfato 7,7±0,1 7,2±0,1 7,2±0,1 7,1±0,1 7,6±0,1 7,3±0,1

Os melhores pontos para acompanhar o efeito da adição dos produtos são o

2, 3 e 4, pois estes estão próximos um ao outro e ficam antes da adição dos

produtos (Ponto 2), após a adição ainda dentro da usina (Ponto 3) e na saída da

usina (Ponto 4), respectivamente. Nesses pontos é possível observar que não houve

alteração de pH da água coletada pela adição dos dois produtos.

O valor médio do pH no Ponto 1 se mostrou em média mais alto que nos

pontos 2, 3 e 4 que são do mesmo rio (Capivari). Esse efeito pode ser atribuído ao

fato desse ponto estar localizado no reservatório, a uma distância de

aproximadamente 15.000 m da usina. O Ponto 5 também apresentou um valor

médio de pH superior aos pontos 2, 3 e 4. O valor encontrado foi diferente por se

tratar do outro rio (Cachoeira), e após o lançamento da água pela usina neste rio, o

pH diminui, conforme observado para o valor médio de pH no Ponto 6, aproximando-

se aos pontos 2, 3 e 4.

Para avaliar se a adição da solução de NaOH e o ortopolifosfato, afetam a

condutividade elétrica da água da usina, foram realizadas medidas de condutividade

nas amostras de água coletas. Os resultados obtidos estão mostrados na Figura 35.

55

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

20

30

40

50

60

70

80

90

Con

dutiv

idad

e (µ

S c

m-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

20

30

40

50

60

70

80

90

Con

dutiv

idad

e (µ

S c

m-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

20

30

40

50

60

70

80

90

Con

dutiv

idad

e (µ

S c

m-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

20

30

40

50

60

70

80

90

Con

dutiv

idad

e (µ

S c

m-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

20

30

40

50

60

70

80

90

Con

dutiv

idad

e (µ

S c

m-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

20

30

40

50

60

70

80

90

Con

dutiv

idad

e (µ

S c

m-1)

Coleta

Figura 35 - Variação da condutividade nas amostras de água coletadas nos pontos

de coletas (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 e (F) 6, durante a aplicação de (■) NaOH e


A condutividade é a capacidade de uma solução em conduzir corrente

elétrica, essa capacidade varia de acordo com a concentração e tipo de íons. Outro

fator que influencia a medida da condutividade é a temperatura (RAMALHO, 2009).

Os valores médios das análises de condutividade dos seis pontos de coleta

durante a adição dos produtos são mostrados na Tabela 05.

(A) (B)

(E) (F)

(C) (D)

56

Tabela 05 – Valor médio das medidas de condutividade dos seis pontos de coleta

durante a adição de:

VALOR MÉDIO DA CONDUTIVIDADE (µS/cm) DA ÁGUA COLETADA:


NaOH 63±3 62±4 62±4 62±4 35±3 55±3

Ortopolifosfato 70±3 71±4 71±4 71±3 41±4 63±4

A partir dos dados obtidos foi possível observar que os pontos 1, 2, 3, e 4

apresentam valores médios de condutividade próximos, estatisticamente não há

diferença entre os valores obtidos nesses pontos durante a adição dos dois produtos

(Tabela 5). A temperatura neste caso não influenciou, pois as análises foram feitas

em laboratório onde a temperatura de todas as amostras foi a mesma. As amostras

dos pontos 5 e 6 apresentaram valores de condutividade diferentes por serem

provenientes de outro rio (Cachoeira) enquanto que os pontos 1 a 4 correspondem

as águas do rio Capivari.

Outro importante parâmetro analisado foi o fósforo total pelo método do Azul

de Molibdênio, esse somente poderia ser afetado pela adição de ortopolifosfato, uma

vez que a solução de NaOH não apresentou este contaminante (Tabela 03). Na

Figura 36 estão apresentados os resultados das análises para os diferentes pontos

de coleta.

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

Fós

foro

Tot

al (

mg

L-1)

Coleta2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

Fós

foro

Tot

al (

mg

L-1)

Coleta

(A) (B)

57

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

Fós

foro

Tot

al (

mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

Fós

foro

Tot

al (

mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

Fós

foro

Tot

al (

mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

Fós

foro

Tot

al (

mg

L-1)

Coleta

Figura 36 - Variação da concentração de fósforo total nas amostras de água

coletadas nos pontos de coletas (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 e (F) 6, durante a

aplicação de (■) NaOH e (●) ortopolifosfato.

A concentração de fósforo é um fator de grande importância, pois dos

nutrientes lançados nos corpos d’água, o fósforo é considerado o mais limitante

(SOUZA et al., 2007), e juntamente com o nitrogênio, estão diretamente ligados ao

processo de eutrofização. O processo de eutrofização nada mais é do que o

enriquecimento da água por nutrientes levando ao crescimento das plantas

aquáticas. A eutrofização pode ou não ser benéfica, aumentando a produtividade

primária, tornando o sistema ideal para a presença de consumidores (zooplancton,

moluscos, crustáceos e peixes) ou causando sérios desequilíbrios com o

superpovoamento de algas microscópicas (PÁDUA, 2000).

As médias das análises de fósforo total são mostradas na Tabela 06.

(E) (F)

(C) (D)

58

Tabela 06 – Valor médio das medidas de concentração de fósforo total dos seis

pontos de coleta durante a adição de:

VALOR MÉDIO DA CONCENTRAÇÃO DE FÓSFORO TOTAL (mg L-1) DA ÁGUA

COLETADA:


NaOH 0,017

±0,004

0,019

±0,002

0,018

±0,003

0,017

±0,004

0,038

±0,007

0,023

±0,004

Ortopolifosfato 0,021

±0,010

0,019

±0,001

0,020

±0,004

0,017

±0,002

0,036

±0,003

0,023

±0,003

Conforme pode ser observado na Figura 36, os resultados obtidos na análise

de fósforo total não tiveram alteração para os 2 produtos utilizados.

Os pontos 2, 3, 4, 5 e 6 se referem a ambientes lóticos, e o limite definido pelo

CONAMA 357 para este tipo de água é de 0,1 mg L-1. Esses pontos ficaram abaixo

deste valor. Apenas o ponto 1 se refere a um ambiente lêntico, porém também se

notou que as médias obtidas ficaram muito próximas ao limite de 0,020 mg L-1

definido pelo CONAMA 357.

É possível observar uma quantidade média maior no Ponto 5 durante a

adição dos dois produtos, novamente, justificado pelo fato de se tratar de outro rio

(Cacheira). E, após o lançamento das águas do rio Capivari, utilizada na usina, no

rio Cachoeira a concentração de fósforo diminui (Ponto 6).

Na Figura 37 podem ser observados os resultados obtidos das análises de

nitrogênio total pelo método de persulfato, para os diferentes pontos de coleta.

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Nitr

ogên

io T

otal

(m

g L-1

)


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Nitr

ogên

io T

otal

(m

g L-1

)

Coleta

(A) (B)

59

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Nitr

ogên

io T

otal

(m

g L-1

)


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Nitr

ogên

io T

otal

(m

g L-1

)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Nitr

ogên

io T

otal

(m

g L-1

)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Nitr

ogên

io T

otal

(m

g L-1

)

Coleta

Figura 37 - Variação da concentração de nitrogênio total nas amostras de água



Assim como o fósforo, o nitrogênio é um fator que está diretamente ligado a

eutrofização nos corpos aquáticos.

Os valores médios das análises de nitrogênio total são mostrados na Tabela

07.

Tabela 07 – Valor médio da concentração de nitrogênio total dos seis pontos de

coleta durante a adição de:

VALOR MÉDIO DA CONCENTRAÇÃO DE NITROGÊNIO TOTAL (mg L-1) DA

ÁGUA COLETADA:


NaOH 0,7±0,2 0,7±0,2 0,7±0,2 0,8±0,2 0,6±0,2 0,8±0,3


(E) (F)

(C) (D)

60

Os resultados das análises de nitrogênio total nos pontos 1, 2, 3 e 4 não

tiveram grandes variações ao longo das coletas. O ponto 5 foi o que apresentou

maior diferença. Pode-se observar que em geral o rio Cachoeira (Ponto 5) possui

uma quantidade média de nitrogênio menor e após o lançamento das águas do rio

Capivari esse parâmetro se mostrou maior (Ponto 6).

A turbidez afeta as condições físicas, químicas e biológicas de corpos

aquáticos variando a temperatura, a penetração de luz, a concentração de nutrientes

dissolvidos, metais pesados (HOWICK et al., 1985). Os valores deste parâmetro

obtidos pelas análises de turbidimetria, para as amostras de água coletadas dos

diferentes pontos estão apresentados na Figura 38.

Os valores de turbidez não tiveram grandes variações ao longo das coletas.

Pode-se observar na Tabela 08 que apenas no Ponto 5 (rio Cachoeira, antes da

usina) foram encontrados valores menores de turbidez em comparação ao Ponto 6,

que fica após a usina. Ou seja, a passagem da água pela usina afetou a turbidez

original da água do rio Cachoeira, porém esse fenômeno não está relacionado com

os produtos utilizados e sim com a qualidade da água do rio Capivari e os valores

firam abaixo do definido pelo CONAM 357 para águas de Classe I e II.

Outro parâmetro analisado nas coletas foram os sólidos totais, esse

parâmetro é a soma dos sólidos dissolvidos e suspensos, que são características

físicas da água e decorrem da presença de substâncias em suspensão e

dissolvidas.

Os resultados das análises gravimétricas de sólidos totais das amostras

coletadas nos seis pontos podem ser observados na Figura 39.

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª0

2

4

6

8

10

12

14

16

Tur

bide

z (N

TU

)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª0

2

4

6

8

10

12

14

16

Tur

bide

z (N

TU

)

Coleta

(A) (B)

61

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª0

2

4

6

8

10

12

14

16

Tur

bide

z (N

TU

)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª0

2

4

6

8

10

12

14

16

Tur

bide

z (N

TU

)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª0

2

4

6

8

10

12

14

16

Tur

bide

z (N

TU

)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª0

2

4

6

8

10

12

14

16

Tur

bide

z (N

TU

)

Coleta

Figura 38 - Variação da concentração de turbidez nas amostras de água coletadas

nos pontos de coletas (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 e (F) 6, durante a aplicação de

(■) NaOH e (●) ortopolifosfatos.

Tabela 08 – Valor médio das medidas de turbidez dos seis pontos de coleta durante

a adição de:

VALOR MÉDIO DE TURBIDEZ (NTU) DA ÁGUA COLETADA:


NaOH 3,8±1,0 4,8±0,8 4,8±0,8 4,8±0,6 2,2±0,6 3,9±0,6


(E) (F)

(C) (D)

62

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

Sól

idos

Tot

ais

(mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

Sól

idos

Tot

ais

(mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

Sól

idos

Tot

ais

(mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

Sól

idos

Tot

ais

(mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

Sól

idos

Tot

ais

(mg

L-1)


25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

Sól

idos

Tot

ais

(mg

L-1)

Coleta

Figura 39 - Variação da concentração de sólidos totais nas amostras de água



Com base nos resultados da Figura 39 pode ser observado que ao longo

das coletas houve pequenas variações nos valores de sólidos totais obtidos, uma

vez que, em geral, estes valores permaneceram muito próximos entre si.

Os valores médios das análises de sólidos totais são mostrados na Tabela

09.

(A) (B)

(E) (F)

(C) (D)

63

Tabela 09 – Valor médio das medidas de sólidos totais dos seis pontos de coleta

durante a adição de:

VALOR MÉDIO DE SÓLIDOS TOTAIS (mg L-1) DA ÁGUA COLETADA:


NaOH 51±4 54±3 54±3 54±4 42±2 51±4

Ortopolifosfato 56±4 58±2 58±2 58±2 40±3 54±2

Um parâmetro que também poderia ser afetado pela adição da solução de

hidróxido de sódio e ortopolifosfato foi o sódio. Os resultados obtidos por meio de

análises por espectrometria de emissão atômica podem ser observados na Figura

40.

O sódio é um elemento presente nos dois produtos utilizados, porém, com

base nos resultados mostrados na Figura 39 e na Tabela 10, pode-se observar que

não houve variação da concentração de sódio nos seis pontos de coleta durante a

adição dos dois produtos.

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª0

2

4

6

8

10

Sód

io (

mg

L-1)


0

2

4

6

8

10

Sód

io (

mg

L-1)

Coleta

(A) (B)

64

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª0

2

4

6

8

10

Sód

io (

mg

L-1)


0

2

4

6

8

10

Sód

io (

mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª0

2

4

6

8

10

Sód

io (

mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª0

2

4

6

8

10

Sód

io (

mg

L-1)

Coleta

Figura 40 - Variação da concentração de sódio nas amostras de água coletadas nos

pontos de coletas (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 e (F) 6, durante a aplicação de (■)

NaOH e (●) ortopolifosfato.

Tabela 10 – Valor médio das medidas de sódio dos seis pontos de coleta durante a

adição de:

VALOR MÉDIO DE SÓDIO (mg L-1) DA ÁGUA COLETADA:


NaOH 4,1±0,6 3,9±0,7 4,0±0,6 3,9±0,6 3,8±0,6 3,9±0,6


Os outros elementos, ferro, alumínio e sílico têm seus resultados

apresentados nas Figuras 41- 43 e Tabelas 11-13, respectivamente.

(E) (F)

(C) (D)

65

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

Fer

ro (

mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

Fer

ro (

mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

Fer

ro (

mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

Fer

ro (

mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

Fer

ro (

mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

Fer

ro (

mg

L-1)

Coleta

Figura 41 - Variação da concentração de ferro nas amostras de água coletadas nos



(A) (B)

(E) (F)

(C) (D)

66

Tabela 11 – Valor médio das medidas de ferro dos seis pontos de coleta durante a

adição de:

VALOR MÉDIO DE FERRO (mg L-1) DA ÁGUA COLETADA:


NaOH 0,17±0,07 0,38±0,07 0,33±0,07 0,40±0,10 0,12±0,06 0,32±0,07


Para avaliar as variações de ferro assim como as variações do alumínio, as

análises feitas por meio de espectrometria de absorção atômica quantificaram a

porção total destes elementos, enquanto o CONAMA 357 define a quantidade limite

de ferro e alumínio na forma do metal dissolvido.

Foi observado que o rio Capivari contém uma quantidade média maior de

ferro que o rio Cachoeira, porém esse aumento não foi causado pela aplicação dos

produtos deste estudo, e também que o reservatório contém uma quantidade menor

de ferro, porém isso está relacionado com a coleta que foi feita na superfície,

podendo este elemento estar estratificado em camadas mais profundas.

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0,0

0,2

0,4

0,6

Alu

mín

io (

mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0,0

0,2

0,4

0,6

Alu

mín

io (

mg

L-1)

Coleta

(A) (B)

67

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0,0

0,2

0,4

0,6

Alu

mín

io (

mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0,0

0,2

0,4

0,6

Alu

mín

io (

mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0,0

0,2

0,4

0,6

Alu

mín

io (

mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0,0

0,2

0,4

0,6

Alu

mín

io (

mg

L-1)

Coleta

Figura 42 - Variação da concentração de alumínio nas amostras de água coletadas

nos pontos de coletas (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 e (F) 6, durante a aplicação de

(■) NaOH e (●) ortopolifosfato.

Tabela 12 – Valor médio das medidas de alumínio dos seis pontos de coleta durante

a adição de:

VALOR MÉDIO DE ALUMÍNIO (mg L-1) DA ÁGUA COLETADA:


NaOH 0,26±0,10 0,19±0,06 0,17±0,05 0,18±0,06 0,12±0,04 0,15±0,05


Pelos resultados obtidos foi observado que o rio Capivari e o rio Cachoeira

contêm uma quantidade de alumínio total muito próxima, e que as variações dos

resultados não estão ligadas ao uso dos produtos desincrustantes utilizados neste

trabalho.

(E) (F)

(C) (D)

68

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12S

ilíci

o (m

g L-1

)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Silí

cio

(mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Silí

cio

(mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Silí

cio

(mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Silí

cio

(mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Silí

cio

(mg

L-1)

Coleta

Figura 43 - Variação da concentração de silício nas amostras de água coletadas nos



(A) (B)

(E) (F)

(C) (D)

69

Tabela 13 – Valor médio das medidas de silício dos seis pontos de coleta durante a

adição de:

VALOR MÉDIO DE SILÍCIO (mg L-1) DA ÁGUA COLETADA:


NaOH 2,8±0,5 3,6±0,6 3,7±0,6 3,7±0,8 5,4±1,3 4,4±0,9


Os resultados obtidos para o silício (Figura 43 e Tabela 13) não apresentaram

variações significativas em consideração ao valor médio observado para as

diferentes amostras de água coletadas após adição da solução de hidróxido de

sódio e de ortopolifosfato no sistema de resfriamento da UHEGPS.

Os resultados das análises de cobre, manganês, arsênio, óleos e graxas e

fosfatos para as diferentes amostras de água coletadas estão apresentadas no

ANEXO 1. A concentração para estes parâmetros ou ficaram abaixo do limite de

detecção dos equipamentos ou não apresentaram variação significativa para as

diferentes amostras de água analisadas.

4.3. – AVALIAÇÃO TÉCNICA DA SUBSTITUIÇÃO DE NaOH POR

ORTOPOLIFOSFATO

4.3.1. – Resultados das análises das temperaturas dos trocadores de calor dos

transformadores elevadores

Para complementar a avaliação da viabilidade técnica da utilização da

solução de ortopolifosfato foi feita análise por meio de medidas de temperatura dos

trocadores de calor, registradas no período em que foi adicionado o ortopolifosfato.

No Gráfico 1, tem-se um comparativo das temperaturas registradas nos

transformadores 1, 2, 3 e 4 durante o período de injeção do ortopolifosfato na

máquina 3. Pode-se observar que não houve alteração significativa na temperatura

do transformador 3 em relação as outras no mesmo período, confirmado pelos

valores médios calculados como mostrado na Tabela 14. Este resultado indica que a

aplicação do ortopolifosfato não afetou o desempenho térmico do transformador da

máquina 3.

70

Gráfico 01 - Comparativo entre as temperaturas dos quatro transformadores em

operação na UHEGPS durante o período de injeção do ortopolifosfato na máquina 3:

(-----) Transformador 1, (-----) Transformador 2, (-----) Transformador 3 e

(-----) Transformador 4.

Tabela 14 – Valor médio das medidas de temperatura dos quatro transformadores.

VALOR MÉDIO DE TEMPERATURA (ºC):

Transformador

1

Transformador

2

Transformador

3

Transformador

4

52±6 51±6 50±5 46±4

As variações observadas no Gráfico 01 além de serem afetadas pela

temperatura ambiente e pela temperatura da água de resfriamento, também são

decorrentes da variação de demanda de energia destes equipamentos, ou seja, em

períodos onde é requerida uma maior geração de energia a temperatura se eleva.

Para certificar que não houve diminuição da temperatura do transformador 3

durante a adição do ortopolifostafo, foi comparada a temperatura desse, durante a

adição de ortopolifosfato com o mesmo período do ano anterior (Gráfico 2). Pode-se

observar que a temperatura não teve diminuição representativa, fato também

confirmado pelo valor médio da temperatura apresentada onde temos um valor no

ano anterior de 53±6 e durante o uso do produto ortopolifosfato de 50±5.

71

Gráfico 02 - Comparativo entre as temperaturas do transformador 3, sem

((-----)Transformador 3 em um ano anterior) e com ((-----)Transformador 3) a

aplicação da solução de ortopolifosfato.

4.3.2. – Verificação da tubulação após a adição do ortopolifosfato.

Após o término de adição do produto ortopolifosfato ao sistema de

resfriamento da máquina 3, foram feitas novas tomadas fotográficas em uma parada

programada da usina, para avaliar a capacidade desincrustante do produto. A Figura

44 mostra que o diâmetro de passagem da água permaneceu constante na

tubulação maior quando comparado ao diâmetro da tubulação antes da aplicação do

ortopolifosfato (Figura 32). Na tubulação menor (Figura 45) foi possível observar

uma pequena variação do diâmetro do tubo em comparação ao diâmetro observado

antes da aplicação do ortopolifosfato (Figura 33).

72

Figura 44 - Tubulação de maior espessura com (A) 12,5 cm de diâmetro; (B) detalhe

da bioincrustação no interior do tubo. Esse diâmetro foi medido descontando-se a

quantidade de material incrustado.

Figura 45 - Tubulação de menor espessura com 5,0 cm de diâmetro. Este diâmetro

foi medido descontando-se a quantidade de material incrustado.

Tendo com referência as Figuras 32 e 33, pode-se observar que, no período

de teste, o produto ortopolifosfato não apresentou um desempenho favorável em

comparação a solução de NaOH, pois a quantidade de bioincrustração permaneceu

constante na tubulação maior enquanto que na menor foi observada uma pequena

variação no diâmetro da tubulação de 0,5 cm de forma que o espaço livre diminuiu

de tamanho.

Alguns fatores que influenciaram na divergência observada entre os

resultados obtidos nesta pesquisa e os resultados positivos encontrados para o

desempenho do ortopolifosfato em outras aplicações são:

• A Usina de 29 MW, que testou o produto anteriormente, é mais nova

em comparação a de UHEGPS, tendo seu inicio de operação em

(A) (B)

73

2001. Essa usina apresentava uma formação de bioincrustação em

menor quantidade em comparação a de UHEGPS, e fica localizada

em outra região do estado, ou seja, a água utilizada na geração de

energia e resfriamento do sistema tem diferentes propriedades.

• Quando o produto foi testado na UHEGPS somente nos trocadores de

calor, esses foram limpos antes da adição do produto, portanto, a

eficiência do produto na remoção da bioincrustação não pode ser

avaliada.

4.4. – ESTIMATIVA DO CUSTO DA SUBSTITUIÇÃO DA SOLUÇÃO DE NAOH

POR ORTOPOLIFOSFATO

O cálculo do custo da solução de NaOH foi feito em relação à média de uso

por um período de um ano, pois a quantidade injetada é dependente do pH da água.

O custo de um litro de hidróxido de sódio é de aproximadamente R$ 1,10 por

litro. Em um ano foi utilizado um volume de aproximadamente 13.500 L para suprir

as quatro máquinas. Logo são necessários 3.375 L por máquina em 1 ano, o que

leva a 280 L/mês, ou seja R$ 310,00/mês/máquina de solução de hidróxido de sódio

(Tabela 25).

O custo do ortopolifosfato pode ser calculado unicamente pela vazão da

água na tubulação, que é constante e que correspondeu a 55 L s-1. Para injetar a

concentração indicada pelo fabricante (5 mg L-1), é necessário injetar 166 L em

1 mês, o que resulta em um custo aproximado de R$ 1830,00/mês/máquina de

solução de ortopolifosfato (Tabela 25). O consumo de ortopolifosfato é menor em

relação à solução de hidróxido de sódio, porém como o custo unitário do

ortopolifosfato é superior em relação ao segundo, o custo final da utilização do

ortopolifosfato foi superior ao uso da solução de NaOH.

Tabela 15 – Estimativa de custo substituição de NaOH por ortopolifosfato.

Produto Consumo mensal

médio

Custo unitário Consumo mensal

médio

NaOH 280 L R$ 1,10/L R$ 310,00/máquina

Ortopolifosfato 166 L R$ 11,00/L R$ 1.830,00/máquina

74

Capítulo 5

5.1. - CONCLUSÕES

Não foi possível verificar uma variação significativa nos parâmetros físico-

químicos das amostras de água coletadas em função da aplicação da solução de

hidróxido de sódio e de ortopolifosfato no condicionamento/tratamento de água nos

sistemas de resfriamento da UHEGPS.

Com isso, pode-se concluir que esses dois produtos desincrustantes não

afetam a qualidade da água do rio no qual foram lançados.

Quanto ao custo dos dois produtos, ainda há uma grande diferença entre os

mesmos, pois existem poucos fornecedores de ortopolifosfato. O uso do

ortopolifosfato é atualmente seis vezes mais caro que a solução de hidróxido de

sódio. Em usinas de médio e grande porte, onde existe um grande fluxo de água em

seu sistema de resfriamento, esta diferença é bastante significativa, pois o consumo

de produtos desincrustantes será elevado. Além disso, o hidróxido de sódio

comercial pode ser adquirido facilmente com vários fornecedores em qualquer

região do país. Assim, atualmente, a substituição da solução de hidróxido de sódio

pela solução de ortopolifosfatos não é economicamente viável.

Com relação à eficiência técnica e ao manuseio dos dois produtos

desincrustantes, têm-se as seguintes considerações:

• O ortopolifosfato injetado na concentração indicada pelo fabricante por um

período de seis meses não teve o resultado esperado, pois, segundo os

operadores da UHEGPS, a máquina 3 exigiu as mesmas manutenções que as

outras máquinas onde foi aplicada apenas a solução de hidróxido de sódio.

• Como a injeção de ortopolifosfato foi feita por um período de 6 meses, não se

têm um dado preciso quanto a potencialidade do produto na remoção total da

desincrustação em intervalos de tempo de uso maiores.

• Quanto ao manuseio, por ser um produto não corrosivo, o ortopolifosfato

apresenta grandes vantagens em relação ao hidróxido de sódio, pois não oferece

risco ocupacional aos operadores.

75

5.2. – SUJESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

• Estudar as variáveis que afetam o fenômeno da corrosão microbiológica.

• Utilizar cloro, na forma de hipoclorito de cálcio, como agente inibidor de formação

da bioincrustação.

• Utilizar peróxido de hidrogênio como agente inibidor de formação de

bioincrustação.

• Utilizar gás ozônio como agente inibidor de formação de bioincrustação.

• Testar agentes complexantes como o oxalato, citrato ou EDTA, com produtos

desincrustantes.

• Avaliar os custos de uso de um produto desincrustante na forma sólida (pó), em

um sistema de resfriamento.

76

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1]

ABNT NBR 15007-1. Produtos a base de ortopolifosfatos em sistemas de

água potável. Parte 1: Requisitos e critérios para avaliação de dempenho,

DEZ 2003.

[2] ALBERTI, S. M.; KOSEL, O.; VIANNA, L.F.L.; ESMANHOTO, E.; NEVES,

E.F.A. Metodologia desenvolvida para remoção de “fouling” no sistema

de resfriamento das unidades geradoras da usina Gov. Parigot de Souza

– US/GPS. Curitiba, 1993. XII SNPTEE Seminário Nacional de Produção e

Transmissão de Energia Elétrica.

[3] ALPHA, Standard methods for the examination of water and wastewater,

20th ed., Washington, 1998.

[4] ANEEL. www.aneel.com.br Acessado em 06/10/2009.

[5] ARAUJO, A. A.; MUSSOI, C.; TEMPORIM E. F.; LETICHEVSKY, S. MIYAI, R.

K. Eliminação de paradas não programadas oriundas dos sistemas de

resfriamento. Centrais elétricas do Norte do Brasil S.A. – Eletronorte

Candeisas de Jamari – RO, 2003.

[6] ATKINS, P. W. Dynamic eletrochemistry, em Physical Chemistry, Oxford

University Press, Oxford, 1978.

[7]

AWWA. American Works Association. Internal corrosion of water

distribution systems. 2nd ed., Works Association Research Foundation,

Denver CO. 1996.

[8] BANSAL, B.; MULLER-STEINHAGEN, H.; CHEN, X. D. Performance of plate

heat exchangers during calcium sulphate fouling – investigation with an

in-line filter. Departament of chemical engineering and tecnology, Panjab

University, Auckland, New Zealand, 2000.

[9] BATRA, S. C.; De MAN, J. M. The complexing of calcium by citrate, ortho-

and polyphosphates. Departament of dairy science, University of Alberta,

Edmond, Alberta (Canada), 1964.

[10] BELZ, C.A.; KOWALSKI E.L.; SILVA, J.M.; STENZEL, J.N.; RIBEIRO, L.H.L.;

ALBERTI, S.M.; FREITAS, L. C.; LASLOWSKI, R.; BOEGER, W.A.P.

Desenvolvimento de sistema de detecção de organismos invasores, por

meio de marcador molecular, estudo de riscos operacionais/ambientais e

sistemas de controle utilizando como modelo Limnoperna fortunei.

Relatório LACTEC, 2005.

[11] BENJAMIN, M. M.; REIBER, S.; FERGUSON, E. A.; VANDERWERT, MILLER,

77

M. W. Chemistry of corrosion inhibitors in potable water. American Water

Works Assiciation Research Fundation and American Water Works Assiciation.

Denver Colo. 1990.

[12] BERNARDT, M. Aeração do reservatódio de Wahnbach sem alteração no

porfil de temperatura. J.A. Water Works Assoc., 1967.

[13] CLANOX. www.clanox.com.br Acessado em 11/01/2010.

[14] CONAMA Conselho Nacional de Meio Ambiente. Resolução nº 357, de 17 de

março de 2005. “Dispões sobre a classificação dos corpos de água e

diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece

as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras

providências.” Diário oficial da União. 18 de março de 2005.

[15] COPEL – Companhia Paranaense de Energia. Informativo trimestral. Junho

2009.

[16] COPEL – Companhia Paranaense de Energia. Relatório – Desempenho do

sistema de refrigeração da DVGP. FEV. 1985.

[17] COPEL – Companhia Paranaense de Energia. Relatório anual de gestão e

sustentabilidade. Dezembro 2008

[18] COPEL – Companhia Paranaense de Energia. Relatório do Tratamento

químico na água de resfriamento da usina governador Parigot de Souza.

JAN. 1980.

[19] CORBRIDGE, D. E. C. Phosphorous 2000. Chemistry, biochemistry &

tecnology, Amsterdam: Elsevier, 2000.

[20] CORSI, P. R., Lesão aguda esôfago-gástro causada por agente químico.

Revista Associação Médica do Brasil. São Paulo, 2000.

[21] COSTA, E. E.; ZIMMER L. Estudos dos problemas oriundos da ação de

microorganismos na usina Capivari-Cachoeira. Grupo I – Produção

Hidráulica (GPH) – COPEL, 1983.

[22] DENARO, A. R. Fundamentos de Eletroquímica. Trad. Maar, J. H., São

Paulo, Edgard Blucher, Ed. da Universidade de São Paulo, 1974.

[23] DRAZIC, D. M. The correlation between accelerated laboratory corrosion

test and atmospheric corrosion stations test on steels. Corrosion Science,

1989.

[24] DREVER, J. I. The geochemistry of natural waters. Prentice-Hall,

Englewood Cliffs, NJ, USA, 437 p.,1988.

[25] DURIF, A. Topics in phosphate chemistry. World scientific publishing Co.

Pte. Ltd. London, 1996.

78

[26] FARMACOPÉIA BRASILEIRA 3ª edição. Brasil, 1977.

[27] FERREIRA, A. A.; NUÑER, a. P. O.; ESQUIVEL, J. R. Influência do pH sobre

ovos e larvas de jundiá, Rhamdia quelen (Osteichthyes, Siluriformes).

Departamento de Aquicultura, Centro de Ciências Agrárias, UFSC, 2001.

[28] FILHO, D. B. Toxicologia humana e geral: Álcalis e Ácidos Cáusticos 2ª

ed. Rio de Janeiro e São Paulo: Editora Livraria Atheneu, 1988.

[29] FREITAS, P. C. M.; LIMA, S. F.; PUCCI, L. L.; CUNHA, L. C. da; IKEGAMI, T.

Y.; VALADARES, M. C. Soda cáustica e derivados: Estudo de casos de

ingestão e dos fatores de risco ligados às condições de comercialização

dos produtos no período de 1994 à 2003 no município de Goiânia.

RevistaEletrônica de farmácia, v.3, 83-92, 2006.

[30] FURIA, T.E. Handbook of food additives.- 2nd ed Volume I, CRC Press,

Boca Raton, Florida 1972.

[31] GENTIL, V. CORROSÃO. Instituto de Química (UFRJ), G. B. Almeida Neves

Editores LTDA, Rio de Janeiro, 1970

[32] HOURANT, P. General properties of the alkaline phosphates: Major food

and technical applications. The journal of inorganic Phosphorous Chemistry.

v. 15, 2004.

[33] HOWICK, G.L.; WILHM, J. – Turbidity in lake Carl Blackwell: effects of

water Depth and wind. – Proc. Okla. Acad. Science nº 65, 51-57 – 1985.

[34] INCROPERA, F. P., DE WITT, D.P. Fundamentos de transferência de calor

e de massa. Rio de Janeiro, LTC, Livros Técnicos e Científicos Editora S.A.,

1992.

[35] IRANI, R. R.; CALLIS, C. F. Calcium and magnesium sequestration by

sodium and potassium polyphosphates. Research department, Inorganic

chemicals division, Monsanto chemical company, St. Louis Missouri 2007.

[36] KOUDELKA, M. On the nature of surface films formed on iron in agressive

and inhibiting polyphosphate solution. Jour. Eletrochem. Soc. Volume 129,

issue 6, 1982.

[37] KULAEV I. S.; VAGABOV, V. M.; KULAKOVSKAYA, T. V. The biochemistry

of inorganic polyphosphates. John Wiley & Sons Second edition. Chichester

England, 2004.

[38] LANIGAN, R. S. Final Report on the safety assessment of sodium

metaphosphate, sodium trimetaphosphate, and sodium

hexametaphosphate. International Journal of Toxicology, n 20, 2001.

[39] LEE, H.; KANG, W. Dissolution Properties of Phosphate Glasses with

79

Trace Elements. Journal of the Korean Ceramic Society, v. 42, 2005.

[40] LIMA, C. R. C. Efeito do revestimento anti-corrosivo nas propriedades de

soldas de aços alta resistência. Dissertação mestrado. Faculdade de

engenharia mecânica, Unicamp, São Paulo, 1993.

[41] LOMBARDI, S. C.; TRINDADE, E. M.; CHIESA, F. Desenvolvimento de

produtos desincrustantes para aplicação em trocadores de calor.

Relatório LACTEC, Curitiba, 2004.

[42] MANAHAN, S. E. Enviromental chemistry – 8th Ed. CRC Press, Boca Raton,

Florida, 2005.

[43] Ministério da Saúde. Portaria 518/GM. Em 25 de março de 2004.

[44] NEVES, J.S. Influência da aplicação de fosfato de potássio na severidade

da ferrugem asiática da soja. Dissertação de mestrado, Universidade de

Brasília, 2006.

[45] ORGANIZAÇÃO MUNDIAL DE SAÚDE (OMS). Normas de indentidad y de

pureza para los aditivos alimentarios y avaluacion de su toxicidad:

Emulsificantes, estabilizadores, blanqueantes y maduradores. Série de

informes técnicos, n 281, Genebra, 1964.

[46]

PÁDUA, H. B. de. Principais variáveis físicas e químicas da água na

aquicultura. Workshop sobre qualidade de água na aquicultura,

Pirassununga, 2000.

[47] PLUNKETT, E. R. M. D.; MUÑHOZ, F. Augustin Marto (trad.). Manual de

Toxicologia Industrial. 1ª Ed. Urno, S.A. Ediciones Espanha, 1974.

[48] PORTARIA SUREHMA Nº 005/89 DE 06 DE SETEMBRO DE 1989.

[49] PORTARIA SUREHMA Nº 013/91 DE 15 DE OUTUBRO DE 1991.

[50] RAMALHO, S. M. C. Sensor de condutividade com condicionamento de

sinal. Dissertação de mestrado em Engenharia eletrotécnica e de

computadores. Instituto superior técnico, Universidade técnica de Lisboa,

2009.

[51] RIBEIRO, F. M. Inventário de ciclo de vida da geração hidrelétrica no

Brasil – Usina de Itaipú: Primeira Aproximação. São Paulo, 2003.

Dissertação (Mestrado em Energia) – Programa Interunidades de Pós

Graduação em energia da Universidade de São Paulo.

[52] ROHRICH, R. R.; OLIVEIRA, W. L. Sistema de automação da adição de

hidróxido de sódio no sistema de resfriamento de usina. Foz do Iguaçú,

1995, VI Encontro Regional Latino-Americano da CIGRÉ.

[53] ROTHSTEIN, F. C. Caustic Injuries to the Esophagus in children. Pediatric

80

clinic of North America, 1986.

[54] SAITO, M. B. Análise paramétrica de um trocador de calor através da

simulação numérica. Dissertação de mestrado. – Faculdade de engenharia

mecânica, Unicamp, São Paulo, 2002.

[55] SCHEFFER, E. W. O. Dinâmica e comportamento do cobre em ambientes

aquáticos, 2006.

[56] SCHREIER, P. J. R.; FRYER, P. J. Heat exchanger fouling: a modelo f the

scaleup of laboratory data. School of chemical engineering, University of

Birmingham, U.K., 1994.

[57] SHAH, R. K.; KAKAC, S.; AUNG, W. Handbook of Single-Phase Convective

Heat Transfer. Wiley, New York, 1987.

[58] SILVA, W. M. da. Caracterização do reservatório de Nova Ponte (MG) nos

meses de julho / 95 (período de seca) e fevereiro / 96 (período chuvoso)

com ênfase na compsição e distribuição do zooplâncton. Escola de

Engenharia de São carlos, Dissertação de Mestrado, Universidade de São

Carlos, 1998.

[59] SOUSA, W. L. de. Impacto Ambiental de Hidrelétricas: Uma análise

corporativa de duas abordagens, Dissertação de Mestrado, COPPE/UFPR,

Rio de Janeiro, 2000.

[60]

SOUZA, R. A. S. S.; ARAÚJO, S. R.; JESUS V.A.M.; MARQUES, J. J.; CURI,

N; GUERREIRO, M. C. Frações de fosfato em reservatórios de água em

lavras – MG. Ciênc. Agrotec., Lavras, v. 31, 2007.

[61] SPERLIN E. V. Considerações sobre a saúde de ambientes aquáticos. Bio,

2(3):53-56, 1993.

[62] STICHEL, W. Influence of phosphates and/or silicates on copper ions in

warm water pipes. Werkstoffe und korrosion, 32:19. 1981

[63] SUDERHSA; SEMA; SANEPAR - Estudos de Diagnóstico – Projeto

Guaraní, 2006.

[64] TORRABADELLA, J .P.; SERRA, P. R. – Actividad bacteriana en el interior

de las redes de distribucion de agua y su relacion con los fenomenos de

incrustacion y corrosion. Doc . Invest. Hidrol. 13, 1972

[65] TRIKEM, S. A. Manual de soda caustica. Organização Odebrecht, 2002.

[66] UHLIG, H. H. Corrosion and corrosion control. 2nd ed. John Wiley & Sons

Inc., 1971.

[67] VAN WAZER, J. R. The chemistry os phosphates. Second sessio chemistry,

Biochemistry, and pharmacology of edible phosphates. J Dent Res 1964.

81

[68] VIDELA, H. A. Biocorrosão, biofouling e biodeterioração de materiais.

Editora Edgar Blucher Ltda., São Paulo, 2003.

[69] VIDELA, H. A. Corrosão mcrobiológica. Editora Edgard Blucher Ltda., São

Paulo, 1981.

[70] WEINER, M. L. Toxicological review of inorganic phosphates. Food and

Chemical Toxicology, 2001.

[71] WHITE, D. J.; GERLACH, R.W. Anticalculus effects of a novel, dual-phase

polypyrophosphate dentifrice: Chemical basis, mechanism, and clinical

response. The Journal of Contemporary Dental Pratice, v. 1, 2000)

82

ANEXO 1

Resultados das análises de manganês, óleos e graxas, cobre, arsênio e fosfato.

83

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0Man

ganê

s (m

g L-1

)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0

0,05

0,1

Man

ganê

s (m

g L-1

)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0

0,05

0,1

Man

ganê

s (m

g L-1

)


0

0,05

0,1

Man

ganê

s (m

g L-1

)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0

0,05

Man

ganê

s (m

g L-1

)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0

0,05

0,1

Man

ganê

s (m

g L-1

)

Coleta

Variação da concentração de manganês nas amostras de água coletadas nos



(E) (F)

(A) (B)

(C) (D)

0,05

0,1

0,1

84

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª-1

0

1

2

3

Óle

os e

Gra

xas

(mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª-1

0

1

2

3

Óle

os e

Gra

xas

(mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª-1

0

1

2

3

Óle

os e

Gra

xas

(mg

L-1)


-1

0

1

2

3Ó

leos

e G

raxa

s (m

g L-1

)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª-1

0

1

2

3

Óle

os e

Gra

xas

(mg

L-1)


-1

0

1

2

3

Óle

os e

Gra

xas

(mg

L-1)

Coleta

Variação da concentração de Óleos e Graxas nas amostras de água coletadas nos



(E) (F)

(A) (B)

(C) (D)

85

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0

Cob

re (

mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0

Cob

re (

mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0

Cob

re (

mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0

Cob

re (

mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0

Cob

re (

mg

L-1)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0

Cob

re (

mg

L-1)

Coleta

Variação da concentração de cobre nas amostras de água coletadas nos pontos de

coletas (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 e (F) 6, durante a aplicação de (■) NaOH e (●)

ortopolifosfato.

(A) (B)

(C) (D)

(E) (F)

86

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0

Ars

ênio

(m

g L-1

)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0

Ars

ênio

(m

g L-1

)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0

Ars

ênio

(m

g L-1

)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0

Ars

ênio

(m

g L-1

)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0

Ars

ênio

(m

g L-1

)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0

Ars

ênio

(m

g L-1

)

Coleta

Variação da concentração de arsênio nas amostras de água coletadas nos pontos

de coletas (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 e (F) 6, durante a aplicação de (■) NaOH e


(A) (B)

(C) (D)

(E) (F)

87

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0

Fos

fato

(m

g L-1

)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0

Fos

fato

(m

g L-1

)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0

Fos

fato

(m

g L-1

)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0

Fos

fato

(m

g L-1

)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0

Fos

fato

(m

g L-1

)

Coleta

2ª 4ª 6ª 8ª 10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª

0

Fos

fato

(m

g L-1

)

Coleta

Variação da concentração de fosfato nas amostras de água coletadas nos pontos de

coletas (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 e (F) 6, durante a aplicação de (■) NaOH e (●)

ortopolifosfato.

(A) (B)

(C) (D)

(E) (F)

INSTITUTO DE TECNOLOGIA PARA O DESENVOLVIMENTO...

Documents

Transcript of INSTITUTO DE TECNOLOGIA PARA O DESENVOLVIMENTO...