Optimização do Tratamento Químico de Água e sua ... · Mestrado Integrado em Engenharia...

of 50/50
Mestrado Integrado em Engenharia Química Optimização do Tratamento Químico de Água e sua Reutilização usando Nanofiltração Tese de Mestrado desenvolvida no âmbito da disciplina de Projecto de Desenvolvimento em Ambiente Empresarial Mafalda Maria Castro Monteiro da Silva Pereira Departamento de Engenharia Química Orientador na FEUP: Prof. Adélio Mendes Orientador na empresa: Eng. Vasco Carvalho Julho de 2009
  • date post

    08-Nov-2018
  • Category

    Documents

  • view

    218
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Optimização do Tratamento Químico de Água e sua ... · Mestrado Integrado em Engenharia...

  • Mestrado Integrado em Engenharia Qumica

    Optimizao do Tratamento Qumico de gua e sua

    Reutilizao usando Nanofiltrao

    Tese de Mestrado

    desenvolvida no mbito da disciplina de

    Projecto de Desenvolvimento em Ambiente Empresarial

    Mafalda Maria Castro Monteiro da Silva Pereira

    Departamento de Engenharia Qumica

    Orientador na FEUP: Prof. Adlio Mendes

    Orientador na empresa: Eng. Vasco Carvalho

    Julho de 2009

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Agradecimentos

    Gostaria de referir neste espao todos aqueles que contriburam para o

    desenvolvimento deste projecto. Uns de uma forma indirecta, outros de uma forma

    mais directa, mas sem os quais o trabalho no teria sido possvel.

    Em primeiro lugar quero agradecer aos meus orientadores, Prof. Doutor Adlio

    Mendes da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto e Eng. Vasco Carvalho

    da Unicer cervejas por todo o apoio, orientao, liberdade de deciso e confiana

    que me deram no decorrer do projecto.

    A seguir gostaria de agradecer a todos aqueles que lidaram comigo directamente no

    trabalho, pela ajuda e tempo perdido para o desenvolvimento do meu projecto, em

    especial ao Hlder Cerqueira pelo seu acompanhamento e preocupao.

    Tive um grande apoio da Ashland (empresa fornecedora dos qumicos), por parte do

    Eng. Pedro Henriques, que sempre se disponibilizou a ajudar-me e a facultar-me toda

    a informao necessria.

    Gostaria ainda de agradecer Eng. Margarida Catarino pelo apoio laboratorial e

    conhecimento transmitido sobre membranas.

    Por ltimo queria deixar um agradecimento a todos aqueles, familiares e amigos, que

    me apoiaram e motivaram durante toda a minha vida acadmica.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Resumo

    O presente projecto tem como objectivo a optimizao do consumo de produtos

    qumicos no SMEF (servio de manuteno energia e fluidos) na empresa Unicer

    Lea do Balio, e a recuperao de gua das purgas das caldeiras usando um processo

    de Nanofiltrao.

    Os produtos qumicos estudados correspondem a anti-incrustantes, anti-corrosivos e

    biocidas usados no tratamento da gua de alimentao das caldeiras e circuitos de

    refrigerao. Foi feito o inventrio dos reagentes usados, a sua funcionalidade e as

    correspondentes doses recomendadas, tendo-se concludo que a adio dos reagentes

    seguida pela fbrica era a recomenda.

    A autora, depois de analisar o circuito de gua de alimentao s caldeiras e aos

    sistemas de refrigerao, concluiu que talvez fosse possvel recuperar a gua das

    purgas das caldeiras. A gua de purga das caldeiras tem uma elevada qualidade,

    tendo uma muito baixa concentrao em clcio e magnsio, caties divalentes que

    originam incrustaes. A autora props assim o uso da Nanofiltrao para o

    tratamento e consequente reutilizao da gua de purga.

    Foram consideradas vrias membranas de Nanofiltrao tendo-se caracterizado

    experimentalmente a que mais se adequava separao em causa. A caracterizao

    experimental permitiu proceder optimizao das condies operatrias de forma a

    obter a maior permeabilidade e selectividade.

    Por ltimo, apresentada uma proposta para optimizar o funcionamento e melhorar

    a eficincia dos condensadores evaporativos. Foi proposto que a gua utilizada nos

    condensadores, actualmente com origem na rede pblica, fosse substituda pela gua

    filtrada das purgas das caldeiras e foi sugerida a unificao do circuito de gua dos

    condensadores para que o tratamento microbiolgico por biocidas possa ser feito

    atravs de ultra-sons, com vantagens ambientais evidentes.

    Palavras-chave (Tema): Tratamento de gua industrial, nanofiltrao, ulra-sons.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Abstract

    The main purpose of this project is to optimize the consumption of chemical products

    in SMEF (service of maintenance energy and fluids) in UNICER company - Lea do

    Balio and recovery of water from the purges of the boiler by nanofiltration process.

    The chemicals studied are the anti-fouling, anti-corrosive and biocides used for the

    treatment of the water feed for boilers and power circuits of refrigeration. The

    inventory was made of the reagents used, their functionality and the corresponding

    desirable doses and it was concluded that the addition of reagents have followed the

    methodology.

    The author, after analyzing the circuit of the feed water to boilers and refrigeration

    systems, concluded that it might be possible to recover the water from the purges of

    boilers. The purge water from the boiler is a high quality, with a very low

    concentration of calcium and magnesium, divalent cations which cause fouling.

    Therefore, the author proposed the use of nanofiltration for the treatment and

    subsequent reuse of purge water.

    The Author considered several of nanofiltration membranes has been characterized

    experimentally to be more suited to the separation in question. The experimental

    characterization has allowed to optimize the operative conditions for obtaining the

    highest permeability and selectivity.

    Finally, a proposal is presented to optimize the operation and improve the efficiency

    of evaporative condensers. It was proposed that the water in semi-open circuit is the

    filtered water from the purges of the boilers and it is suggested the unification of the

    circuit for microbiological treatment that can be done through ultrasound.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    i

    ndice

    1. Introduo: Enquadramento da Empresa A Indstria Cervejeira .................. 1

    1.1. O Processo de Produo da Cerveja ............................................... 1

    1.2. Enquadramento do Projecto ........................................................ 2

    1.2.1. Caldeiras ......................................................................... 3

    1.2.2. Torres de Arrefecimento ...................................................... 5

    1.2.3. Condensadores Evaporativos .................................................. 6

    1.2.4. guas Industriais ................................................................ 7

    1.2.4.1. gua para Sistemas de Refrigerao ................................... 8

    1.2.4.2. gua para as caldeiras ..................................................10

    2. Tratamento de gua Industrial ..........................................................13

    2.1. Produtos Qumicos para gua das Caldeiras .....................................13

    2.2. Produtos Qumicos para guas de Refrigerao.................................14

    2.3. Anlise dos Consumos e Custos dos Produtos Qumicos ........................15

    2.4. Estudo da Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos ...................16

    2.4.1. Optimizao do doseamento de Enviroplus................................16

    2.4.2. Melhor Mtodo de Adio de Biosperse.....................................20

    3. Recuperao por Nanofiltrao da gua das Purgas das Caldeiras.................22

    3.1. Anlise das Perdas de gua atravs de Purgas ..................................22

    3.2. Ies Presentes na gua das Caldeiras.............................................23

    3.3. Nanofiltrao.........................................................................25

    3.3.1. Teste da Membrana de Nanofiltrao ......................................25

    4. Optimizao do Circuito de gua dos Condensadores Evaporativos ...............32

    4.1. Tratamento de gua por Ultra-sons ..............................................33

    4.2. Unificao do Circuito Semi-aberto para o Tratamento Microbiolgico .....34

    4.3. Proposta para Optimizao do Circuito de gua dos Condensadores

    Evaporativos ..................................................................................36

    5. Concluses..................................................................................40

    6. Avaliao do Trabalho Realizado........................................................41

    6.1. Objectivos Realizados...............................................................41

    6.2. Trabalho Futuro .....................................................................41

    6.3. Apreciao Final .....................................................................42

    7. Referncias Bibliogrficas................................................................43

    Anexo 1 ...........................................................................................44

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Introduo: Enquadramento da Empresa A Indstria Cervejeira 1

    1. Introduo: Enquadramento da Empresa A Indstria

    Cervejeira

    O presente projecto foi desenvolvido na unidade de energia e fluidos da fbrica de

    cerveja da Unicer em Lea do Balio. No tendo o projecto directamente a ver com a

    produo de cerveja, entendeu-se como importante fazer uma breve exposio do

    processo de produo da cerveja.

    A cerveja uma bebida obtida por fermentao alcolica usando leveduras do gnero

    Scharomyces. A levedura um fungo unicelular e adiciona-se ao mosto lupado depois

    de arrefecido. Alm da fermentao alcolica tambm origina produtos secundrios

    responsveis pelas caractersticas da cerveja, lcoois superiores aromticos, steres,

    etc.

    1.1. O Processo de Produo da Cerveja

    O processo de produo divide-se nas seguintes etapas:

    Fabricao do mosto

    Fermentao, Maturao e Estabilizao

    Clarificao

    Enchimento

    A fabricao do mosto envolve quatro processos. O primeiro corresponde moagem

    de modo a obter-se uma farinha grosseira que possibilita uma rpida extraco e

    converso dos componentes do malte. Os outros cereais no maltados podem ser

    comprados e aprovisionados j com uma moagem adequada. Depois segue-se a

    brassagem que o que origina o mosto. Resulta da mistura da farinha dos cereais

    com gua e dependendo das condies operatrias (temperatura, pH e tempo de

    durao) obtm-se mostos para diferentes tipos de cerveja. Esta fase de produo

    tem uma durao entre 2 a 4 horas e acaba a uma temperatura que ronda

    normalmente os 75 C. No final da brassagem o mosto produzido sofre um processo

    de filtrao para separar a parte insolvel denominada drche. So utilizados para o

    efeito filtros prensa com introduo de gua mesma temperatura do mosto para

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Introduo: Enquadramento da Empresa A Indstria Cervejeira 2

    diluir e ajudar a filtrao. A filtrao tem a durao de 2 a 3 horas temperatura

    mdia de 75 C. O drche depois utilizado para alimentao de gado. A ltima fase

    do fabrico a ebulio do mosto durante cerca de 2 horas. Nesta fase adicionado o

    lpulo. necessrio a operao de ebulio para: solubilizar a transformar as

    substncias amargas do lpulo; eliminar substncias volteis indesejveis; esterilizar

    o mosto; precipitar as protenas de peso molecular elevado e fixar a concentrao

    final do mosto. Aps a ebulio necessrio retirar o precipitado proteico, os

    componentes do lpulo no solubilizado, do mosto quente. Segue-se o arrefecimento

    at 9 C em condies estreis.

    Depois de produzido o mosto, a prxima etapa a fermentao. na etapa de

    fermentao que os acares do mosto, pela aco das leveduras, se transformam

    em lcool e dixido de carbono. A fermentao conduzida a temperaturas

    controladas e com uma durao de cerca de 20 dias.

    A maturao a fase subsequente da fermentao e corresponde ao perodo de

    estacionamento da cerveja a temperaturas adequadas com o fim de permitir a

    libertao dos componentes volteis indesejveis.

    Segue-se a estabilizao que consiste em deixar a cerveja estabilizar entre 0 C e 2

    C de forma a permitir que esta se equilibre coloidalmente.

    O prximo passo a clarificao da cerveja que lhe d limpidez eliminado os ltimos

    elementos de turvao ainda em suspenso atravs de um meio filtrante.

    A cerveja filtrada finalmente armazenada em cubas estando assim pronta para ser

    enviada para o enchimento.

    O enchimento a etapa final podendo a cerveja ser acondicionada em diferentes

    embalagens (garrafa, lata, barril). Aps o enchimento necessrio preceder

    estabilizao biolgica da cerveja recorrendo-se pasteurizao.

    1.2. Enquadramento do Projecto

    Este projecto visa o estudo do tratamento qumico da gua de alimentao utilizada

    em alguns equipamentos da unidade de energia e fluidos da UNICER de Lea do Balio.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Introduo: Enquadramento da Empresa A Indstria Cervejeira 3

    Os produtos utilizados dividem-se em anti-corrosivos, anti-incrustantes e biocidas.

    So adicionados nos circuitos de gua de refrigerao e de gua para produo de

    vapor. Seguidamente feito um pequeno resumo dos equipamentos relevantes para o

    trabalho, caldeiras, torres de arrefecimento e condensadores evaporativos, bem

    como dos tratamentos normalmente realizados gua de alimentao a estes

    equipamentos.

    1.2.1. Caldeiras [2, 8]

    As caldeiras so os equipamentos que produzem o vapor de gua sobre-aquecido. O

    vapor utilizado como agente transportador de energia. Em geral, o vapor

    utilizado para aquecimento e para a produo de trabalho mecnico. O vapor pode

    ainda ser usado para processos de esterilizao como por exemplo a lavagem de

    garrafas.

    O corpo principal de uma caldeira constitudo pela fornalha e pelo permutador de

    calor (feixes tubulares). Pode ainda existir um economizador que aproveita o calor

    dos gases de combusto para um pr-aquecimento do ar (comburente).

    Existem dois tipos de caldeiras, as gs-tubulares e as aquo-tubulares.

    As caldeiras gs-tubulares, Figura 1.1, caracterizam-se pela circulao dos gases de

    combusto no interior dos tubos do permutador de calor; os gases de combusto

    permutam calor com a gua que circula na carcaa.

    As caldeiras aquo-tubulares, Figura 1.2, caracterizam-se pela circulao externa dos

    gases de combusto, conduzindo os tubos do permutador gua e vapor de gua. A

    produo de vapor neste tipo de caldeiras maior do que nas gs-tubulares.

    Figura 1.1 - Caldeira gs-tubular [7].

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Introduo: Enquadramento da Empresa A Indstria Cervejeira 4

    Figura 1.2 - Caldeira aquo-tubular [7].

    A Unicer tem 4 caldeiras, necessrias para alimentar com vapor todos os sistemas

    que dele necessitam.

    Caldeira 1:

    Esta caldeira a maior das quatro e a que possui maior capacidade de produo.

    uma caldeira aquo-tubular que trabalha com um caudal mdio de alimentao de 17

    m3h-1 e a uma presso de 30 bar. Esta caldeira possui ainda um aquecedor de ar e

    um economizador. Existe tambm um sobre-aquecedor para secar o vapor quando

    este se destina a alimentar a turbina. Esta caldeira trabalha quando a fbrica tem

    mais do que uma sala de fabrico em funcionamento.

    Caldeira 2:

    A caldeira 2 uma caldeira gs-tubular com um caudal mdio de gua de 9 m3h-1 e

    trabalha a uma presso de 10 bar. Nesta caldeira no existe qualquer aproveitamento

    dos gases de combusto, pois tambm os gases no saem a uma temperatura to alta

    como os da caldeira 1. Esta caldeira trabalha diariamente mas no de forma

    contnua.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Introduo: Enquadramento da Empresa A Indstria Cervejeira 5

    Caldeira 3:

    A caldeira 3 do tipo aquo-tubular. O caudal de alimentao de gua mdio de 13

    m3h-1 e a presso de funcionamento de 6 bar. A caldeira possui um economizador.

    Esta caldeira trabalha em alternncia com a caldeira 1, sempre que as necessidades

    de vapor assim o justifiquem.

    Caldeira da Cogerao:

    A cogerao refere-se produo combinada de electricidade e calor num mesmo

    equipamento. O grande aproveitamento trmico da cogerao est quase todo no

    calor cedido gua para produo de gua quente (90 C).

    Os gases de combusto do motor so aproveitados numa pequena caldeira para se

    produzir vapor.

    A Unicer tem na unidade de cogerao uma pequena caldeira aqua-tubular a

    funcionar a 6 bar e um caudal de alimentao de 1 m3h-1.

    1.2.2. Torres de Arrefecimento [8, 9]

    As torres de arrefecimento so equipamentos que promovem o arrefecimento da

    gua em serpentinas por transferncia de calor com o ar, com evaporao de gua.

    Princpio de funcionamento:

    As torres funcionam com um circuito de gua fechado no interior dos tubos e outro

    semi-aberto na parte exterior onde ocorre evaporao.

    O fludo que se pretende arrefecer circula dentro da serpentina. O ar forado por um

    ventilador origina a evaporao da gua exterior serpentina. Esta evaporao retira

    calor da serpentina. O esquema de uma torre de arrefecimento est representado na

    Figura 1.3. A quantidade de gua evaporada tem de ser continuamente reposta ao

    longo do processo.

    A Unicer possui duas torres para arrefecer a gua que serve como lquido refrigerador

    de algumas mquinas, nomeadamente das mquinas de produo de CO2 lquido,

    compressores etc.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Introduo: Enquadramento da Empresa A Indstria Cervejeira 6

    Figura 1.3 - Torre de arrefecimento (adaptado de [10]).

    1.2.3. Condensadores Evaporativos

    Os condensadores evaporativos so sistemas muito semelhantes s torres de

    arrefecimento. A nica diferena que o fludo que est dentro dos tubos, em

    circuito fechado, amonaco que entra gasoso e sai no estado lquido.

    Sistema de frio:

    Na Unicer, o sistema que arrefece a gua glicolada a -3 C utiliza amonaco como

    lquido arrefecedor. A gua glicolada o fludo usado para o arrefecimento das

    cubas. O papel dos compressores fornecer energia potencial, de presso, ao

    amonaco que est sob a forma de gs. Como resultado da compresso, a

    temperatura do gs sobe at cerca dos 100 C. Depois este gs arrefecido nos

    condensadores, passando ao estado lquido. Seguidamente, o amonaco liquefeito

    passa por vlvulas de expanso que causam abaixamento de temperatura de 20 C

    para -10 C. O amonaco a -10 C ir permutar com a gua glicolada onde ir aquecer

    e devido a este aquecimento vaporiza. De seguida o amonaco de novo enviado aos

    compressores para ser comprimido e o ciclo repete-se. O circuito descrito est

    esquematizado na Figura 1.4.

    Ar saturado

    gua quente

    gua fria

    Ar frio

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Introduo: Enquadramento da Empresa A Indstria Cervejeira 7

    Figura 1.4 - Sistema de frio.

    Neste momento, a Unicer possui dez condensadores evaporativos para arrefecer o

    amonaco gasoso e consequentemente promover a sua condensao. O seu

    funcionamento igual ao das torres de arrefecimento.

    1.2.4. guas Industriais

    A qualidade da gua exigida depende do equipamento a que ela se destina. Um

    gerador de vapor requer gua com elevada pureza enquanto que os sistemas de

    refrigerao no so to exigentes.

    As impurezas presentes na gua podem dar origem a graves problemas operacionais

    causados pela formao de depsitos, corroso dos materiais, espuma nos

    reebulidores das caldeiras e ainda por lodo microbiolgico em circuitos arejados [12].

    Existem dois tipos de tratamento de guas industriais. O tratamento interno consiste

    na adio de produtos qumicos que alteram a qualidade da gua no local do

    processo. O outro tratamento, designado vulgarmente de tratamento externo,

    consiste num tratamento recorrendo a mtodos de purificao como membranas e

    filtros de modo a obter gua com melhor qualidade.

    A maior parte da gua utilizada na empresa provm de captaes subterrneas

    (furos). Quando a gua dos furos no insuficiente usada ainda gua da rede

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Introduo: Enquadramento da Empresa A Indstria Cervejeira 8

    pblica (SMAS). Seguidamente apresenta-se um breve resumo da central de

    tratamento externo.

    Qualquer que seja a origem da gua adiciona-se cloro para desinfectar. Se a origem

    for dos furos, antes da cloragem a gua ainda passa por filtros OFSY (Omnifiltration

    System) para reduzir o teor em ferro e matria orgnica oxidada. Nesta fase, a

    qualidade desta gua j adequada para sistemas de refrigerao e para a rede

    geral, no necessitando de mais nenhum tratamento. Na empresa necessrio ainda

    haver gua de fabrico e gua para diluir a cerveja, neste caso a gua

    posteriormente tratada com filtros de carvo e por osmose. A gua de alimentao

    das caldeiras requer maior pureza. O primeiro passo deste tratamento secundrio a

    remoo do cloro com filtros de carvo activado, seguido de osmose inversa e

    permuta inica para remoo de sais, para remoo mais completa dos sais passa

    ainda por um leito misto. O ltimo passo deste tratamento secundrio envolve a

    desgasificao da corrente de gua.

    1.2.4.1. gua para Sistemas de Refrigerao

    A necessidade de remover calor comum em quase todos os processos industriais.

    Grandes quantidades de gua so usadas na refrigerao.

    importante destacar que a corroso, a formao de depsitos e incrustaes e

    ainda o desenvolvimento microbiolgico nestas guas podem reduzir a eficincia

    operacional, deteriorar os equipamentos e aumentar os custos de manuteno.

    Apesar de levar um tratamento externo, a gua no deixa de necessitar de um

    tratamento interno para reduzir os problemas anteriormente referidos.

    Como j foi explicado, existem dois circuitos de gua em sistemas de refrigerao.

    Um circuito semi-aberto e um completamente fechado. O circuito semi-aberto existe

    tanto nas torres como nos condensadores. Esta gua por estar em contacto com o ar

    atmosfrico est mais sujeita a contaminaes. O circuito fechado no apresenta

    tantos problemas e por isso tem um tratamento mais simplificado.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Introduo: Enquadramento da Empresa A Indstria Cervejeira 9

    Principais problemas em circuitos de refrigerao [13]:

    Corroso

    Os produtos de corroso so a maior causa de depsitos em sistemas de gua de

    refrigerao. Alm de deteriorar o material dos equipamentos tambm baixa a

    eficincia do processo. Devem ser adicionados produtos qumicos para evitar esses

    problemas.

    Os inibidores de corroso so classificados como andicos, catdicos ou mistos,

    dependendo da reaco de corroso que cada um controla. A escolha do inibidor

    adequado determinada pelos parmetros do projecto do sistema de refrigerao e

    pela composio da gua.

    Os inibidores catdicos so em geral menos eficientes que os do tipo andico.

    Normalmente, para o tratamento anti-corrosivo, utilizam-se misturas sinrgicas que

    so a combinao de inibidores catdicos com andicos para dar melhor proteco

    total ao metal. Alguns exemplos so: zinco-cromatos, cromato-polifosfato e zinco-

    polifosfato [4, 12].

    Incrustaes

    Durante o normal funcionamento destes equipamentos, devido evaporao, a

    concentrao de sais aumenta. Quando essa concentrao supera o ponto de

    solubilidade ocorre a formao de crostas. Para combater esse problema utilizam-se

    anti-incrustantes e ainda se fazem purgas de modo a manter os nveis de

    condutividade dentro do limite recomendado.

    A introduo de agentes para o controlo de depsitos em sistemas de guas de

    refrigerao hoje uma prtica to comum quanto a adio de inibidores de

    corroso. A grande maioria dos anti-incrustantes reage com as impurezas da gua

    formando lamas. Alguns exemplos destes compostos so os quelatos, poliacrilatos,

    fosfanatos e anidrido polimaneico [4, 12].

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Introduo: Enquadramento da Empresa A Indstria Cervejeira 10

    Microrganismos [12, 13]

    Existem microrganismos em toda a parte da natureza. Alguns so benficos enquanto

    outros, chamados patognicos, causam doenas. Os microrganismos habitantes de

    sistemas de refrigerao podem afectar a eficincia do processo, seja pela sua

    quantidade, pelos seus resduos metablicos ou pela formao de depsitos. A gua

    j entrar no sistema contaminada ou ento a contaminao poder ser feita a partir

    do ar. Uma nica clula no causa qualquer problema, no entanto os sistemas de

    refrigerao tm um ambiente muito favorvel (temperatura, pH, luz solar e

    nutrientes) ao crescimento ilimitado destes seres. Existem trs tipos de

    microrganismos que normalmente povoam estes sistemas: algas, bactrias e fungos.

    Para conseguir prevenir a contaminao das torres de arrefecimento e dos

    condensadores evaporativos utilizam-se biocidas. Os biocidas so compostos txicos

    que eliminam ou inibem o crescimento microbiolgico.

    O mtodo mais convencional para o tratamento microbiolgico o uso de biocidas.

    Uma tecnologia mais avanada, que no requer o manuseamento de produtos

    qumicos, o tratamento da gua por Ultra-sons. Apesar de ser mais eficaz e seguro,

    em Portugal no um mtodo ainda muito usado. Ao contrrio, em pases

    tecnologicamente mais avanados, o tratamento por Ultra-sons j comea a ser

    bastante utilizado em indstrias estrangeiras.

    Os biocidas so qumicos txicos e so classificados como oxidantes e no-oxidantes.

    A gua do circuito fechado no est sujeita a quaisquer contaminaes

    microbiolgicas. S necessita da adio de anti-incrustantes e anti-corrosivos;

    enquanto que a gua do circuito semi-aberto, necessita ainda de tratamento

    microbiolgico.

    1.2.4.2. gua para as caldeiras

    A gua de alimentao de um gerador de vapor no deve possuir compostos

    incrustantes nem corroentes.

    Alm de todo o tratamento externo tambm necessrio um tratamento interno. As

    caldeiras so os equipamentos mais exigentes, mais dispendiosos e requerem muito

    controlo.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Introduo: Enquadramento da Empresa A Indstria Cervejeira 11

    Principais problemas em caldeiras [4]

    Corroso

    No caso em apreo, a corroso refere-se essencialmente oxidao dos metais que

    compe o sistema gerador de vapor. Este processo ocorre em funo da presso e

    temperatura de trabalho, do tipo de contaminao e do tratamento qumico. Existem

    vrios tipos de corroso em caldeiras, mas a mais preocupante a corroso devida ao

    oxignio dissolvido.

    Para se combater este tipo de corroso utiliza-se um sequestrador de oxignio. O

    sequestrador ao reagir com o O2 origina compostos solveis em gua. No entanto, o

    tratamento da corroso aumenta a probabilidade de incrustaes e depsitos. Todas

    as caldeiras tm que ter uma purga contnua para permitir controlar os nveis de

    condutividade originados pelo anti-corrosivo assim como por outros aditivos.

    A adio de um agente qumico redutor, sequestrador, que reage com o oxignio

    residual, a prtica normalmente utilizada. Os produtos qumicos usados para essa

    finalidade so quase exclusivamente base de sulfitos de sdio ou de hidrazina. Cada

    um destes produtos pode ser combinado com um catalisador para aumentar a sua

    reactividade. Em caldeiras de alta presso, pode ocorrer a oxidao do sulfito de

    sdio com a gua originando SO2 e H2S que podem provocar corroso na ps-caldeira.

    Por vrias razes, o sequestrador qumico de oxignio escolhido, principalmente em

    unidade de gerao de vapor de alta presso, quase invariavelmente a hidrazina

    (N2H4) [4, 5].

    Incrustaes [4]

    As incrustaes so depsitos ou precipitaes slidas, de natureza alcalina, que

    ocorrem nas superfcies internas das caldeiras. Provocam a reduo de transferncia

    de calor, aumentando o consumo de combustvel, elevao da temperatura da

    superfcie dos metais por sobreaquecimento e eventuais rupturas da estrutura.

    O metal sob depsito est particularmente sujeito a corroso, sendo mais um

    inconveniente da formao de incrustaes. Os depsitos podem ainda causar a

    interrupo de circulao da gua na caldeira.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Introduo: Enquadramento da Empresa A Indstria Cervejeira 12

    Existem duas causas bsicas da formao de depsitos em caldeiras:

    1) As temperaturas elevadas dentro das caldeiras provocam a precipitao de

    alguns compostos;

    2) A concentrao de sais na gua da caldeira faz com que certos compostos

    ultrapassem a solubilidade mxima.

    Um tratamento qumico adequado visa obter slidos insolveis na gua sob a forma

    de lama no aderente tubagem em vez de incrustaes.

    Para se combater os problemas de incrustao, utilizam-se qumicos que inibem a

    formao de crostas dando prioridade formao de lamas com os mesmos

    compostos que originariam as incrustaes. Estas lamas no so aderentes e so

    facilmente removidas atravs de uma purga de fundo. Para que a concentrao de

    sais na caldeira no atinja valores acima dos pontos de solubilidade, tem tambm de

    existir uma purga contnua como j foi explicado quando se falou da corroso.

    Os anti-incrustantes usados nas caldeiras podem ser divididos em duas categorias:

    aqueles que reagem estequiometricamente com as impurezas da gua de

    alimentao de modo a alterar a sua estrutura qumica; e aqueles que alteram a

    aco das impurezas. Os produtos geralmente utilizados para reagir com as

    impurezas so os carbonatos, os fosfatos e os quelatos. Os que alteram o

    comportamento das impurezas so substncias orgnicas seleccionadas, polmeros e

    sequestradores no-estequiomtricos.

    Dos trs reagentes, o mais antigo e menos eficiente so os compostos base de

    carbonatos. Os reagentes deste tipo podem formar dixido de carbono que provoca

    corroso. Em alternativa aos carbonatos existem fosfatos que tambm reagem com

    os ies Ca2+ formando um precipitado de Ca3(PO4)2. O terceiro agente

    estequiomtrico base de quelatos. Os quelatos reagem com os caties divalentes

    e trivalentes formando complexos solveis e estveis ao calor. Os quelatos mais

    usados so o EDTA e NTA. A utilizao de quelatos no provoca precipitao dos

    produtos da reaco do sequestrador, sendo por este motivo, o reagente mais eficaz

    dos trs produtos.

    O outro tipo de tratamento usando reagentes no-estequiomtricos inclui o uso de

    agentes orgnicos naturais ou polmeros [4, 12].

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Tratamento de gua Industrial 13

    2. Tratamento de gua Industrial

    Nas centrais da Unicer - Lea do Balio so utilizados vrios produtos qumicos para

    prevenir os problemas anteriormente mencionados. O grupo de qumicos estudado

    pode ser dividido de acordo com o equipamento destinado e a sua respectiva funo.

    2.1. Produtos Qumicos para gua das Caldeiras

    Nas caldeiras utilizam-se dois produtos, um anti-incrustante e um anti-corrosivo.

    Ambos so adicionados com uma bomba doseadora gua de alimentao da

    caldeira. Para garantir que a dosagem efectuada eficiente, fazem-se anlises

    peridicas gua para ver se esta possui o valor residual de qumico recomendado

    pelo fornecedor. Assim se faz o controlo destes dois produtos. O anti-incrustante o

    Dewtroll 9000 e o sequestrador de oxignio o Amersite 10L.

    Amersite 10L

    O Amersite 10L um composto base de sulfito de sdio. O sulfito o sequestrador

    de oxignio recomendado em indstrias onde ocorre contacto entre o vapor e

    produtos alimentcios.

    O sulfito reage prontamente com o oxignio a pH e temperaturas elevadas formando

    sulfato de sdio, segundo a reaco [6]:

    42232 SONa2OSONa2 + (eq.14)

    O sulfato de sdio tem grande solubilidade na gua. Desta forma, a concentrao de

    slidos dissolvidos aumenta, sendo muito importante a eficincia da purga contnua.

    A quantidade recomendada de sulfito de sdio 10 g de produto por 1 ppm de

    oxignio dissolvido. No entanto para garantir que a dosagem suficiente para

    remover todo o oxignio existente, adiciona-se um pouco mais, um excesso, por isso

    deve existir sempre um valor residual de sulfito na gua.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Tratamento de gua Industrial 14

    Dewtroll 9000

    Para controlar a formao de crostas usa-se o Dewtroll 9000 constitudo por fosfatos.

    A funo dos fosfatos evitar incrustaes devidas a ies de Ca2+ e Mg2+ formando

    com estes ies lamas. necessrio manter o pH alcalino dentro da caldeira para que

    os fosfatos possam desempenhar a sua funo com sucesso.

    Os ies de clcio so removidos na forma de hidroxiapatita. A formao de

    hidroxiapatita descrita segundo a reaco [12]:

    ( ) ( )2243242 OHCaPOCa3OH2PO6Ca10 ++ + (eq.15)

    O mesmo pode acontecer com o magnsio formando ( ) ( )224 OHMgPOMg . Tal como com os sulfitos, tambm se tem de manter um valor residual de fosfatos

    para se garantir que todo o Mg2+ e o Ca2+ reagiram.

    2.2. Produtos Qumicos para guas de Refrigerao

    A seguir so apresentados nas tabelas 1 e 2 os produtos usados no circuito de gua

    para os sistemas de refrigerao.

    Tabela 1: Produtos usados no circuito

    semi-aberto (Condensadores e Torres)

    Tabela 2: Produtos usados no circuito

    fechado (Torres)

    Biosperse 250

    A adio de Biosperse 250 tem o propsito de evitar o crescimento microbiolgico no

    circuito semi-aberto das torres de arrefecimento e condensadores evaporativos. Este

    produto no pode ser adicionado com uma bomba em contnuo. Tem de ser uma

    adio em choque. Se for adicionado continuamente em pequenas quantidades no

    se proporciona uma concentrao suficientemente elevada, capaz de matar os

    Circuito fechado

    Produto Funo

    Drew 11-539 Anti-corrosivo

    Maxigard Anti-incrustante

    Circuito semi-aberto

    Produto Funo

    Biosperse 250 Biocida

    Enviroplus 2506 Anti-incrustante

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Tratamento de gua Industrial 15

    microrganismos. Para que o tratamento seja eficaz, a adio deste produto tem de

    ser feita em grandes quantidades com determinada frequncia. Actualmente a sua

    adio feita mo. Os tcnicos das centrais levam os bides at aos condensadores

    e s torres e adicionam uma vez por semana cerca de 2 litros. Esta adio pouco

    rigorosa, pouco controlada e feita por vrias pessoas diferentes.

    Enviroplus 2506

    Este produto que tem como funo evita formao de depsitos nas tubagens e nas

    tinas dos equipamentos.

    Est a ser adicionado com uma bomba em contnuo gua de alimentao. A

    quantidade de produto independente da quantidade de gua consumida porque a

    bomba no doseadora. A gua que entra nas torres e condensadores deve possuir

    uma concentrao de 25 ppm de Enviroplus.

    Drew 11-539 e Maxigard

    So os produtos adicionados ao circuito fechado das torres de arrefecimento. Depois

    da primeira dosagem para o arranque do circuito raramente se adiciona mais

    produto, s se houver alguma fuga. So feitas anlises peridicas gua para ver se a

    concentrao est adequada.

    2.3. Anlise dos Consumos e Custos dos Produtos Qumicos

    No ponto anterior foram apresentados seis produtos qumicos com diferentes funes

    usados nas centrais. A seguir apresenta-se a Tabela 3 referente aos consumos em

    2008 desses produtos e o respectivo custo.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Tratamento de gua Industrial 16

    Tabela 3: Consumo de produtos qumicos em 2008

    CONSUMO (2008) Kg CUSTO

    AMERSITE 10L 6850 10 960,00

    DEWTROL 9500 2000 5300,00

    MAXIGARD 400 1596,00

    DREW 539 180 790,20

    ENVIROPLUS 2506 1750 10 080,00

    BIOSPERES 250 1675 7755,25

    TOTAL: 36 481,45

    Como se pode ver, em 2008, houve uma despesa de 36481 euros em produtos

    qumicos. Os produtos mais dispendiosos foram o Amersite 10L e o Envirolus

    seguindo-se do Biosperse.

    2.4. Estudo da Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos

    Os produtos utilizados para o circuito fechado de refrigerao esto a ser adicionados

    de maneira correcta e nica possvel para este tipo de circuitos. No necessita

    portanto de qualquer modificao no procedimento ou na instalao.

    Os produtos usados nas caldeiras tm somente que ser ajustados diariamente, se

    necessrio, de acordo com o valor residual que as anlises indicarem. Foi o que foi

    feito durante o tempo que estive na empresa e que algum deve continuar a fazer.

    Relativamente gua de refrigerao do circuito semi-aberto pode-se dizer que a

    adio do anti-incrustante (Enviroplus) no est a ser feita de modo correcto. O

    biocida adicionado da melhor maneira possvel dentro das condies de trabalho.

    No entanto, nunca se pode esquecer que um produto altamente perigoso para a

    sade humana e para o ambiente. Por este motivo, deve-se tentar manter o menor

    contacto possvel com o produto. Uma modificao na instalao de modo a ser

    necessria somente uma nica adio de produto seria uma boa opo de segurana.

    2.4.1. Optimizao do doseamento de Enviroplus

    No presente momento, o Enviroplus est a ser adicionado em linha na tubagem de

    alimentao atravs de uma bomba. A bomba est a funcionar em contnuo,

    adicionando sempre a mesma quantidade mesmo quando o caudal de gua varia.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Tratamento de gua Industrial 17

    A gua que circula nesta tubagem alimenta as torres de arrefecimento e os

    condensadores evaporativos. utilizada tanto no incio, quando se pretende encher

    as torres, como durante o processo para repor a gua que se perde por evaporao e

    purgas. Sendo assim, o caudal de gua necessrio no sempre igual, pois todos os

    dias e mesmo com espao de horas, estas perdas variam. O caudal de purga depende

    do valor da condutividade da gua e a evaporao das condies meteorolgicas e da

    eficincia do equipamento. A evaporao interferir, como bvio, no valor da

    condutividade, pois acumulam-se sais na gua quando a esta evapora.

    Depois, desta breve explicao, percebe-se que no faz sentido que a quantidade de

    produto qumico no seja doseado consoante o caudal de gua consumido. Caso

    contrrio, existem alturas em que a concentrao de produto qumico excessiva e

    outras em que deve estar em dfice.

    A alterao proposta proporciona a correcta dosagem de produto qumico. A bomba

    dever estar ligada a um contador volumtrico com cabea geradora de impulsos.

    medida que a gua passa no contador, so gerados impulsos, os quais so

    transmitidos bomba doseadora e esta introduzir o produto qumico. Assim, a

    dosagem ser proporcional ao consumo de gua. A Figura 2.1 esquematiza a

    instalao necessria.

    Figura 2.1 - Esquema da instalao de adio de Enviroplus.

    Assim, consoante o caudal de gua, a bomba doseia a quantidade indicada de

    Enviroplus.

    O fornecedor do Enviroplus a Ashland e de acordo com as especificaes deste

    produto, a gua dever ter uma concentrao mdia de 25 ppm de Enviroplus.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Tratamento de gua Industrial 18

    Anlise do Consumo de Enviroplus em 2008:

    Analisou-se, o consumo de gua e de Enviroplus, em 2008. A Tabela 4 apresenta os

    valores obtidos e a Figura 2.2 demonstra a relao entre o consumo de gua e de

    produto.

    Tabela 4: Consumo de Enviroplus relativamente ao consumo de gua, em 2008.

    0

    1000

    2000

    3000

    4000

    5000

    6000

    7000

    Jane

    iro

    Feve

    reiro

    Mar

    oAb

    rilM

    aio

    Junh

    oJu

    lho

    Agos

    to

    Sete

    mbr

    o

    Outu

    bro

    Nove

    mbr

    o

    Deze

    mbr

    o

    Ms

    Con

    sum

    o

    gua

    m3

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    Con

    sum

    o E

    nviro

    plus

    kg

    gua

    Enviroplus

    Figura 2.2 Grfico com o consumo de Enviroplus relativamente ao consumo de gua em

    2008.

    Ms Consumo de gua (m3) Consumo de Produto (m3)

    Janeiro 1751 0,307

    Fevereiro 2009 0,066

    Maro 3130 0,132

    Abril 2784 0,132

    Maio 2683 0,110

    Junho 3942 0,132

    Julho 5588 0,088

    Agosto 5772 0,132

    Setembro 4068 0,110

    Outubro 3628 0,132

    Novembro 3059 0,066

    Dezembro 2679 0,132

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Tratamento de gua Industrial 19

    O consumo de gua varia com os meses do ano, sendo os meses mais quentes aqueles

    que tiveram maiores consumos, como j era de esperar.

    A adio de Enviroplus manteve-se praticamente constante ao longo do ano. Se

    analisarmos a concentrao mdia em dois meses diferentes, por exemplo Maro e

    Julho, podemos verificar que a concentrao difere bastante. Em Maro a

    concentrao foi de 48 ppm, que um valor excessivo comparando com o valor de

    concentrao recomendado. Em Julho a concentrao de produto foi de 18 ppm, que

    uma concentrao baixa para um tratamento eficiente.

    No ano de 2008 foram necessrios 70 bides de 25 kg e gastou-se 10 080 euros em

    Enviroplus.

    Correco para o Consumo Ideal:

    Para se conseguir uma concentrao de 25 ppm de Enviroplus a bomba doseadora

    deveria adicionar 2,19 x 10-5 m3 de produto qumico por cada metro cbico de gua.

    Assim, os consumos de produto qumico deveriam ter sido conforme mostra a

    seguinte Tabela 5 e a Figura 2.3:

    Tabela 5:Consumo correcto de Envirolus em relao ao consumo de gua em 2008.

    Ms Consumo de gua (m3) Consumo de Produto (m3)

    Janeiro 1751 0,038

    Fevereiro 2009 0,044

    Maro 3130 0,069

    Abril 2784 0,061

    Maio 2683 0,059

    Junho 3942 0,086

    Julho 5588 0,123

    Agosto 5772 0,127

    Setembro 4068 0,089

    Outubro 3628 0,080

    Novembro 3059 0,067

    Dezembro 2679 0,059

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Tratamento de gua Industrial 20

    0

    1000

    2000

    3000

    4000

    5000

    6000

    7000

    Jane

    iro

    Feve

    reiro

    Mar

    oAb

    rilM

    aio

    Junh

    oJu

    lho

    Agos

    to

    Sete

    mbr

    o

    Outu

    bro

    Nove

    mbr

    o

    Deze

    mbr

    o

    Ms

    Con

    sum

    o

    gua

    m3

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    140

    160

    Con

    sum

    o E

    nviro

    lpus

    kg

    gua

    Enviroplus

    Figura 2.3 Grfico com o consumo correcto de Enviroplus relativamente ao consumo de

    gua.

    Desta forma, o consumo de Enviroplus tinha sido reduzido aproximadamente para

    metade. Teriam sido somente necessrios 41 bides de 25 kg e ter-se-ia poupado

    4163 euros. Neste ano s deviam ter sido gatos 5917 euros em Enviroplus.

    2.4.2. Melhor Mtodo de Adio de Biosperse

    A proposta a seguir apresentada tem como objectivo o melhor funcionamento das

    torres de arrefecimento e dos condensadores evaporativos melhorando a adio de

    biocida, sendo esta mais controlada e eficiente. Ser ainda apresentado outro

    biocida mais eficaz que previne a contaminao com Legionella.

    O que se sugere criar uma tina de recolha comum a todos os condensadores e s

    torres, sendo s necessrio fazer-se uma adio de biocida.

    Para isso, os equipamentos tero de ter uma ligao ao reservatrio comum, tina

    de recolha. necessrio recolher num local a gua destes processos como mostra a

    Figura 2.4.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Tratamento de gua Industrial 21

    Figura 2.4 - Unificao do circuito das torres de arrefecimento e condensadores evaporativos.

    S ser necessrio existir uma nica purga contnua que fica no tanque de recolha e

    que controla o nvel de condutividade.

    O biocida ser adicionado neste tanque atravs de uma bomba doseadora em choque

    que pode ainda ter um controlo temporizado. A actuao de biocidas s eficaz se

    for proporcionar uma concentrao acima acima da qual os microrganismos no

    conseguem resistir. A dosagem ter de ser o equivalente aos doze equipamentos,

    que, de acordo com o fornecedor do produto, a Ashland, d cerca de 24 litros de

    biocida (2 litros por cada equipamento).

    Alterao do Biocida:

    O biocida utilizado no momento o Biosperse 250 que mata os organismos presentes

    na gua mas no tem a capacidade de destruir o biofilme formado pelos

    microrganismos. Ele no quebra as ligaes que unem o biofime e portanto este

    permanece intacto. Existe outro produto, tambm da mesma gama, que alm de

    actuar como biocida tambm dispersante, principalmente para as bactrias do tipo

    da Legionella que tem grande probabilidade de crescer em meios como este. Esse

    outro produto o Biosperse 535 EMD.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Recuperao por Nanofiltrao da gua das Purgas das Caldeiras 22

    3. Recuperao por Nanofiltrao da gua das Purgas das

    Caldeiras

    A gua alimentada s caldeiras tem um bom tratamento externo. uma gua quase

    pura com condutividade muito baixa.

    Durante o funcionamento da caldeira, a produo de vapor provoca a acumulao

    sais na gua do gerador. O tratamento interno tambm contribui para esses aumento

    de concentrao e consequentemente para a elevada condutividade.

    A condutividade das caldeiras controlada diariamente. Existe uma purga contnua

    para que a condutividade no atinja valores acima dos permitidos. Para se manter o

    valor da condutividade dentro dos limites, tem de se perder gua atravs de purgas.

    No gerador 1 e 2 a purga contnua automtica. Est ligada a um condutmetro que

    controla a abertura da vlvula. No gerador 3 e cogerao a purga manual e

    ajustada de acordo com as anlises condutividade.

    Pode assim dizer-se que a gua das purgas contnuas das caldeiras no tem qualquer

    contaminao. Esta gua s possui grande teor de sais devido aos aditivos e

    evaporao.

    O objectivo desta proposta recuperar a gua das purgas recorrendo a uma filtrao

    capaz de remover os sais e consequentemente diminuir a condutividade.

    3.1. Anlise das Perdas de gua atravs de Purgas

    Para se poder estimar as perdas de purga nas caldeiras, analisou-se a quantidade de

    vapor produzido por volume de gua alimentado durante o ano de 2008. Esta

    diferena equivale s perdas de purga. O volume obtido de purgas nas quatro

    caldeiras, assim como o seu valor monetrio, apresentado na Tabela 6.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Recuperao por Nanofiltrao da gua das Purgas das Caldeiras 23

    Tabela 6: Volume e custo de purgas das caldeiras (2008).

    Ms Purga das Caldeiras (m3) Custo ()

    Janeiro 3521 5633,60

    Fevereiro 3624 5798,40

    Maro 4893 7828,80

    Abril 4734 7574,40

    Maio 3062 4899,20

    Junho 1764 2822,40

    Julho 1724 2758,40

    Agosto 1973 3156,80

    Setembro 2362 3779,20

    Outubro 2492 3987,20

    Novembro 2343 3748,80

    Dezembro 1343 2148,80

    Total: 33835 54 136,00

    Para o clculo do custo da gua perdida considerou-se o preo do metro cbico de

    gua da rede pblica (SMAS) 1,60 m-3.

    Em termos econmicos, em 2008, perderam-se 54 136,00 euros em purgas.

    3.2. Ies Presentes na gua das Caldeiras

    A gua de alimentao das caldeiras tem uma condutividade bastante baixa, menos

    de 5 Scm-1. J a gua das purgas pode apresentar condutividade muito elevada,

    dependendo da caldeira e das condies operatrias, pode variar entre 300 - 2500

    Scm-1.

    Quase todos os ies presentes na gua das caldeiras so devidos aos aditivos (anti-

    incrustante e anti-corrosivo) e concentrao devido evaporao.

    Os sais da gua dos geradores de vapor so apresentados na Tabela 7 com a

    respectiva condutividade especfica. Tambm apresentada a condutividade do io

    clcio (Ca2+) e magnsio (Mg2+) por serem os ies mais prejudiciais para a formao

    de incrustaes.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Recuperao por Nanofiltrao da gua das Purgas das Caldeiras 24

    Tabela 7: Condutividade inica especfica.

    Io Condutividade especfica (Scm2mol-1)

    Ca2+ 119,0

    Mg2+ 106,0

    K+ 73,5

    Na+ 50,1

    H+ 349,8

    HCO3- 45,0

    Cl- 76,4

    SO42- 160,0

    PO43- 210,0

    OH- 198,6

    Foi medida a condutividade e a dureza total da gua e constatou-se que no existe

    praticamente ies Ca2+ e Mg2+, como se previa devido ao tratamento externo j

    mencionado. Os valores da dureza, assim como os da condutividade, obtidos para a

    caldeira 1, 2 e 3 so apresentados na Tabela 8.

    Tabela 8: Dureza total e condutividade da gua da caldeira 1, 2 e 3.

    Caldeira 1 Caldeira 2 Caldeira 3

    Dureza total (ppm) 0,68 2,6 0,4

    Condutividade (Scm-1) 239 1120 1210

    Como se sabe a dureza total refere-se concentrao de clcio e magnsio na gua.

    Com a anlise efectuada pode-se ver que estes dois ies encontram-se em

    pequenssima quantidade nas trs caldeiras. Porque a gua tem um pr-tratamento

    para retirar estes ies e nenhum dos aditivos constitudo por Ca2+ e Mg2+.

    A contribuio total que cada io numa soluo calculada multiplicando o factor de

    condutividade especfica do respectivo io pela sua concentrao em soluo. Como

    a concentrao destes ies muito pequena, a sua contribuio para a condutividade

    total da gua desprezvel.

    Mesmo antes de qualquer tratamento posterior a concentrao de Mg2+ e Ca2+, ies

    responsveis pela maior parte de incrustaes, praticamente nula. Os restantes

    ies, principalmente os bivalentes, podem ser facilmente captados atravs de

    processos de Nanofiltrao.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Recuperao por Nanofiltrao da gua das Purgas das Caldeiras 25

    Deve referir-se que a caldeira 1 apresenta uma condutividade de ordem de grandeza

    inferior das outras duas caldeiras devido ao facto de a purga contnua da caldeira 1

    no estar a funcionar de modo automtico no momento de recolha das amostras. Isto

    quer dizer que o caudal desta purga no estava a ser regulado pelo condutmetro. A

    purga estava em manual e com um caudal demasiado elevado, estava-se a perder

    demasiada gua e a manter nveis de condutividade bem mais baixos do que o limite

    mximo permitido. Quando a purga estiver a funcionar de modo automtico, a

    quantidade de slidos dissolvidos nesta caldeira ser maior e por isso apresentar

    uma condutividade semelhante s outras duas caldeiras.

    3.3. Nanofiltrao

    Tal como na Osmose Inversa, o mecanismo de transferncia de massa na

    Nanofiltrao por difuso-soro. As membranas de Osmose Inversa so densas,

    enquanto as membranas de Nanofiltrao tm poros prximos de 1 nm ou de dcimas

    de nanometro. A Nanofiltrao permite assim permeabilidades mais elevadas que a

    Osmose Inversa com rejeies aceitveis, dependendo das aplicaes e das espcies

    qumicas consideradas. Por exemplo, as membranas de Nanofiltrao tm

    normalmente rejeies muito elevadas de ies multivalentes, e rejeies moderadas

    de ies mono-valentes [17].

    Uma vez que os ies monovalentes difundem-se atravs da membrana de

    Nanofiltrao juntamente com gua, a diferena da presso osmtica entre as

    solues de cada lado da membrana no to grande quanto no caso da Osmose

    Inversa. So efectivamente os ies com menor massa que originam presses

    osmticas mais elevadas.

    3.3.1. Teste da Membrana de Nanofiltrao

    Foram feitos testes laboratoriais membrana de Nanofiltrao seleccionada de

    maneira a concluir que era possvel reduzir o valor da condutividade da gua das

    purgas para ser depois reaproveitada no circuito semi-aberto do sistema de frio.

    A membrana utilizada era da GE Osmonics, com ref. 1221923 e com as seguintes

    caractersticas: rejeio de 98 % de MgSO4, pH entre 3-9, fluxo mximo de 17

    cm3min-1 e presso mxima de 0,69 MPa (100 psi). Esta a membrana de

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Recuperao por Nanofiltrao da gua das Purgas das Caldeiras 26

    Nanofiltrao da GE Osmonics que apresenta maior rejeio e permeabilidade,

    exibindo ainda tolerncia s caractersticas da gua a tratar. A membrana tem uma

    rea efectiva de permeao de 155 cm2.

    A Figura 3.1 esquematiza a instalao piloto utilizada para os ensaios da membrana.

    Esta consiste basicamente num mdulo onde se coloca a membrana que suporta a

    presso, um tanque de alimentao e simultaneamente de retorno com um volume

    aproximadamente de 3 litros. Entre o tanque e o mdulo existe a bomba que fornece

    presso operao. Na tubagem de retorno existe um permutador que retira gua

    o calor introduzido no sistema pelo funcionamento da bomba. A instalao possui

    ainda termopares para controlar a temperatura e vlvulas para regular o caudal.

    Figura 3.1 - Esquema da instalao piloto de Nanofiltrao.

    Para se analisar o comportamento da membrana a diferentes condies de operao

    foram realizados os ensaios apresentados na Tabela 9:

    Tabela 9: Ensaios laboratoriais efectuados ao sistema de Nanofiltrao.

    Ensaio T (C) P (bar) Q (dm3min-1)

    1 5 5 4,3

    2 5 8,5 4,3

    3 5 10 4,3

    4 5 12 4,3

    5 5 12 2,8

    6 5 12 1,3

    7 10 12 4,3

    8 15 12 4,3

    9 20 12 4,3

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Recuperao por Nanofiltrao da gua das Purgas das Caldeiras 27

    Com os ensaios 1, 2, 3 e 4 possvel analisar a influncia da presso, com os ensaios

    4, 5 e 6 possvel analisar a influncia do caudal de rejeitados e com os ensaios 4,

    7, 8 e 9 possvel analisar a influncia da temperatura. Foram ainda feitos um

    ensaio com gua destilada no incio e outro no fim das experincias, nas mesmas

    condies, para verificar que no houve qualquer alterao da membrana no

    decorrer dos ensaios.

    Os resultados obtidos esto sobre a forma percentual de rejeio da membrana e de

    caudal de permeado. Seguidamente so apresentados nas Figuras 3.2 e 3.3 os

    resultados para diferentes presses.

    y = 0,01775x - 0,00157

    0,05

    0,07

    0,09

    0,11

    0,13

    0,15

    0,17

    0,19

    0,21

    0,23

    0,25

    0 5 10 15

    P (bar)

    Q (

    ml/

    s)

    Figura 3.2 Caudal de permeado em funo da diferena de presso.

    y = 1,45268x + 60,35138

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    0 5 10 15

    P (bar)

    R (

    %)

    Figura 3.3 - Percentagem de rejeio em funo da diferena de presso.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Recuperao por Nanofiltrao da gua das Purgas das Caldeiras 28

    Verifica-se que quanto maior a diferena de presso, maior o caudal de permeado

    e a rejeio da membrana.

    Seguidamente apresentada, nas Figuras 3.4 e 3.5, a influncia da temperatura.

    y = 0,0057x + 0,1887

    0,19

    0,21

    0,23

    0,25

    0,27

    0,29

    0,31

    0,33

    0 5 10 15 20 25

    T (C)

    Q (

    ml/s

    )

    Figura 3.4 Influncia da temperatura no caudal de permeado.

    y = -0,3866x + 80,1623

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    0 5 10 15 20 25

    T (C)

    R (

    %)

    Figura 3.5 - Influncia da temperatura na percentagem de rejeio.

    O aumento da temperatura aumenta o caudal de permeado, mas diminui a rejeio

    da membrana.

    As Figuras 3.6 e 3.7 mostram a influncia do caudal de retido na percentagem de

    rejeio e no caudal de permeado.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Recuperao por Nanofiltrao da gua das Purgas das Caldeiras 29

    y = 0,0096x + 0,1771

    0,18

    0,19

    0,20

    0,21

    0,22

    0,23

    0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

    Qr (l.min-1)

    Q (

    ml/

    s)

    Figura 3.6 Caudal de permeado em funo do caudal de retido.

    y = 1,5483x + 70,981

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

    Qr (l.min-1)

    R (

    %)

    Figura 3.7 - Percentagem de rejeio em funo do caudal de retido.

    Para a variao do caudal de retido verifica-se, tal como para a diferena de

    presso, que o aumento destas variveis favorece a filtrao. O caudal de permeado

    maior para maiores diferenas de presso e a percentagem de rejeio da

    membrana tambm aumenta.

    Resumindo, o aumento das trs variveis favorece o caudal de permeado, o que

    significa que se consegue tratar uma maior quantidade de gua no mesmo espao de

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Recuperao por Nanofiltrao da gua das Purgas das Caldeiras 30

    tempo. No entanto a percentagem de rejeio da membrana aumenta com maiores

    diferenas de presso e com maiores caudais, mas diminui com o aumento da

    temperatura. A diminuio da rejeio com a temperatura no muito significativa,

    uma vez que esta variao pequena.

    Variando qualquer uma das trs variveis obtm-se uma rejeio entre 60 - 80 %.

    A varivel que tem uma maior influncia a presso, a recta apresenta um declive

    maior. Sendo portanto bastante significativo operar com grandes diferenas de

    presso. Assim, consegue-se obter maior caudal de permeado e melhor rejeio.

    Foram ainda feitos outros ensaios para analisar a resposta da membrana a solues

    com condutividade ainda maior, mantendo-se a temperatura, a presso e o caudal

    constantes. As amostras de gua recolhida para este fim foram das caldeiras, dos

    condensadores evaporativos e das torres de arrefecimento. S assim que foi

    possvel, naquele momento, conseguir gua com condutividade mais elevada. No

    entanto, os resultados obtidos com base nas solues com diferentes origens tm de

    ser vistos de forma mais qualitativa, dado o tipo de sais poder estar a variar de

    soluo para soluo. Nas Figuras 3.8 e 3.9 apresentam-se os resultados obtidos em

    termos de caudal de permeado e de rejeio em funo da concentrao salina da

    gua.

    0,00

    0,05

    0,10

    0,15

    0,20

    0,25

    0,30

    0,35

    0 1000 2000 3000 4000 5000

    Calimentao (mS.cm-1)

    Q (

    ml/

    s)

    Figura 3.8 Caudal de permeado em funo da concentrao.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Recuperao por Nanofiltrao da gua das Purgas das Caldeiras 31

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    0 1000 2000 3000 4000 5000

    Calimentao (S.cm-1)

    R (

    %)

    Figura 3.9 - Percentagem de rejeio em funo da concentrao.

    Como resultado destes ensaios, pode-se concluir que a membrana poder trabalhar a

    20 C, 12 bar e com um caudal de retido de 4,3 dm3.min-1. A condutividade da gua a

    tratar, se estiver entre 500 3000 Scm-1, ser reduzida entre 55 a 70 %.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Optimizao do Circuito de gua dos Condensadores Evaporativos 32

    4. Optimizao do Circuito de gua dos Condensadores

    Evaporativos

    Anteriormente, foi referido e explicado que o tratamento microbiolgico dos

    condensadores evaporativos e das torres de arrefecimento no feito da maneira

    mais adequada. Num captulo anterior foi sugerido a unificao do circuito de gua

    de forma a fazer-se um tratamento mais controlado.

    A proposta que se segue proporciona uma maior eficincia somente dos

    condensadores evaporativos. O projecto no abrangeu as duas torres de

    arrefecimento, pois pensa-se num futuro muito prximo desactivar estes dois

    equipamentos.

    A gua das purgas das caldeiras, tratada por Nanofiltrao, ser utilizada no circuito

    de gua dos condensadores. Esta gua possui perfeita qualidade para uso nestes

    equipamentos devido sua baixa concentrao em ies Ca2+ e Mg2+. Assim poupar-se-

    ainda gua do SMAS. Alm de alterar a origem da gua tambm o tratamento

    microbiolgico ser diferente. Deixa-se de utilizar produtos qumicos, altamente

    prejudiciais ao ambiente, e adopta-se um tratamento mais inovador e sofisticado, um

    tratamento por Ultra-sons.

    Diminuio dos Principais Problemas Identificados nos Condensadores

    Evaporativos:

    Nos condensadores evaporativos verifica-se a existncia de um elevado nvel de

    incrustaes por todo o equipamento o que provoca a diminuio da sua eficincia

    trmica. O principal factor de formao de crostas a presena de ies de clcio e

    magnsio na gua de alimentao. Por este motivo que a gua perdida nas purgas

    das caldeiras especialmente adequada para se utilizar nestes equipamentos, pois

    uma gua com dureza praticamente nula.

    Outro problema identificado a adio dos produtos qumicos. O Enviroplus no est

    a ser adicionado adequadamente, a sua quantidade no proporcional quantidade

    de gua tratada, mas a alterao necessria para corrigir este pequeno problema j

    foi descrita anteriormente. Quanto ao Biosperse, o biocida que est a ser adicionado

    de uma maneira muito rudimentar, e como qualquer biocida altamente prejudicial

    para o ambiente, ser substitudo pela tecnologia de Ultra-sons.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Optimizao do Circuito de gua dos Condensadores Evaporativos 33

    Com o projecto apresentado a dimenso destes problemas ser bem menor.

    4.1. Tratamento de gua por Ultra-sons [14, 16]

    Em resposta s crescentes preocupaes de segurana e ambiente, bem como a

    importncia de medidas eficazes de controlo microbiolgico foram desenvolvidos

    programas de controlo microbiano para o tratamento de guas industriais.

    Este tipo de equipamento fornece um total e eficaz controlo de bactrias, biofilme e

    algas nos condensadores evaporativos ou equipamentos semelhantes sem recorrer a

    tratamentos qumicos de biocidas altamente perigosos e poluentes. O tratamento por

    Ultra-sons totalmente seguro, envolve energia de ondas sonoras que esto fora do

    alcance da audio humana. Esta energia gerada a uma potncia relativamente

    baixa e a alta-frequncia.

    Este controlo eficiente de crescimento microbiano e de incrustaes microbiolgicas

    conseguido atravs da circulao contnua da gua atravs do sistema de Ultra-

    sons. Dentro do aparelho produzem-se ondas de Ultra-sons s quais a gua exposta.

    Vrias reaces biolgicas so desencadeadas dentro das clulas que causaro a sua

    destruio. Seguidamente so apresentadas, na Figura 4.1, duas imagens de

    aparelhos de Ultra-sons.

    Figura 4.1 - Equipamento de Ultra-sons.

    Benefcios da aplicao de equipamentos de Ultra-sons:

    Eliminao do uso de biocidas (produtos qumicos prejudiciais ao ambiente e

    sade humana);

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Optimizao do Circuito de gua dos Condensadores Evaporativos 34

    Menor impacto ambiental;

    Cumprimento dos regulamentos associados a produtos qumicos;

    Maior segurana dos trabalhadores, deixando de estar expostos aos perigos de

    produtos qumicos;

    Tratamento e controlo microbiolgico mais eficiente podendo os

    equipamentos trabalhar sua mxima eficincia.

    4.2. Unificao do Circuito Semi-aberto para o Tratamento

    Microbiolgico

    Para melhorar o funcionamento dos condensadores evaporativos apresentada uma

    proposta que aumentar a circulao da gua mas principalmente modifica e melhora

    o tratamento microbiolgico.

    O tratamento microbiolgico feito com biocida substitudo por um tratamento de

    Ultra-sons. Para que no seja necessrio dez Ultra-sons, um para cada condensador,

    o que seria muito caro, surge a necessidade de juntar a gua de todos os

    condensadores num nico tanque onde ser feito o tratamento microbiolgico.

    Modificaes Propostas Instalao

    Todos os condensadores vo ter de estar ligados ao tanque de recolha. A linha de

    alimentao pode ser a existente, s que ter de ser feita uma ligao ao tanque de

    recolha. Para o retorno podem aproveitar-se as tubagens das purgas. Estas tubagens

    tm s de ser unidas a um colector que levar a gua at ao tanque de recolha. As

    purgas contnuas localizam-se aps a bomba de recirculao. As bombas seriam

    ajustadas de modo a conseguir o caudal estipulado para o retorno e simultaneamente

    o caudal necessrio nos chuveiros.

    Cada equipamento tem em mdia 2,5 m3 de gua. No total existem 25 m3 de gua no

    sistema. De modo a garantir que a quantidade de gua nos equipamentos se

    mantenha constante, existe uma bia de nvel que regula a reposio de gua.

    sugerido que essas bias sejam reguladas de modo a que o volume de gua seja

    reduzido para metade. Cada equipamento passa a ter s 1,25 m3, fazendo um total

    de 12,5 m3. Para garantir que no h crescimento bacteriolgico, este volume de

    gua dever recircular todo num espao de tempo de 15 minutos. O caudal de

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Optimizao do Circuito de gua dos Condensadores Evaporativos 35

    retorno ao tanque, em cada condensador, dever ser ento de 0,083 m3min-1, sendo

    o caudal no colector de 0,83 m3min-1. A alimentao feita recorrendo-se a uma

    bomba. Este caudal ser certamente superior ao caudal de retorno. Esta diferena

    deve-se gua perdida por evaporao e purga. Esta gua evaporada compensada

    atravs de entrada de gua fresca, controlada pelas bias individuais de cada

    condensador.

    fundamental que a purga contnua da caldeira 2 e da cogerao sejam conduzidas

    para a cisterna que tambm armazena as purgas das caldeiras 1 e 3. Assim,

    aproveitar-se- mais gua. Como a gua das purgas passa a ser aproveitada, deixando

    de ser gua perdida, as purgas podem estar abertas de modo a garantir os nveis de

    condutividade das caldeiras no ponto recomendado para o seu bom funcionamento. A

    Figura 4.2 ilustra um condensador evaporativo.

    Figura 4.2 - Condensador evaporativo.

    Tanque de Recolha

    Este tanque tem que ter um volume suficientemente grande; alm da gua que ter

    de conter durante a sua operao normal, cerca de 5 m3, este dever dispor de

    volume para recolher gua proveniente dos condensadores quando o funcionamento

    destes interrompido, cerca de mais 10 m3. Quando um condensador pra, a gua

    pode ser mantida no interior do equipamento, mas essa no uma boa opo pois a

    gua parada muito susceptvel ao crescimento microbiolgico.

    Na configurao proposta, a gua do tranque de recolha segue para o sistema de

    Ultra-sons; s depois dever voltar aos condensadores. Este o principal motivo da

    unificao do circuito, o possvel tratamento microbiolgico por Ultra-sons.

    A maior parte da gua de alimentao provm das purgas das caldeiras. A gua ser

    tratada num mdulo de membranas de Nanofiltrao que reduzir muito

    significativamente a condutividade. Mesmo sendo esta uma boa gua para sistemas

    de refrigerao, o fenmeno de evaporao provocar um aumento progressivo de

    concentrao de sais na gua, aumentado deste modo a sua condutividade. Para que

    o nvel de condutividade nunca ultrapasse o limite, necessrio a existncia de uma

    1,25 m3

    (gua)

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Optimizao do Circuito de gua dos Condensadores Evaporativos 36

    purga contnua automtica. A condutividade mxima sugerida para o tanque no

    dever ultrapassar os 1500 Scm-1 para o bom funcionamento do circuito.

    Um pormenor importante que este tanque deve ter um filtro antes da entrada da

    gua de retorno para evitar a entrada de areia e depsitos que possam ser

    arrastados. As areias ou lamas podem vir a ser muito prejudiciais tanto para a bomba

    como para o sistema de Ultra-sons.

    O valor de 5 m3 dever ser mantido sempre constante recorrendo-se a um sensor de

    nvel que regula o caudal de alimentao. Relembro que o caudal que sai do tanque

    sempre um pouco superior quele que entra devido evaporao purga contnua. O

    valor destas correntes ser apresentado mais frente na Figura 4.4.

    A principal entrada de gua no tanque provm das purgas das caldeiras, mas tem que

    existir outra entrada com origem na rede pblica (SMAS), para o caso de a gua das

    purgas no ser suficiente. A gua gasta aquando a lavagem dos condensadores e o seu

    posterior abastecimento vai ser gua do SMAS. Em princpio, o caudal de gua das

    purgas das caldeiras s ser suficiente para repor a gua que se perde por

    evaporao e por purga. A Figura 4.3 ilustra o esquema do tanque de recolha.

    Figura 4.3 - Tanque principal.

    4.3. Proposta para Optimizao do Circuito de gua dos

    Condensadores Evaporativos

    O projecto que a seguir apresentado tem como objectivo optimizar o

    funcionamento, melhorar a manuteno e aumentar o tempo de vida dos

    condensadores evaporativos. A principal gua utilizada provm das purgas das

    caldeiras por isso, este projecto leva ainda a uma poupana e aproveitamento da

    mesma.

    10 m3

    5 m3

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Optimizao do Circuito de gua dos Condensadores Evaporativos 37

    As purgas das caldeiras tm como destino aquecer o nafta e depois a soda, mas antes

    vo para uma cisterna de cimento onde ficam armazenadas. Por vezes o aquecimento

    destas correntes desnecessrio no tendo ento esta gua qualquer finalidade.

    O que se prope que depois da cisterna de cimento exista uma tubagem que

    conduzir a gua ao sistema de Nanofiltrao proposto. A gua poder sair

    directamente da cisterna para a Nanofiltrao ou ento vir do tanque onde aqueceu

    a soda, quando necessrio. O sistema de Nanofiltrao composto pela vlvula de

    abertura automtica, por condutmetro, bomba e mdulo de membranas de

    Nanofiltrao. A vlvula de abertura ter de ser automtica e abrir-se- quando o

    sensor de nvel do tanque de recolha enviar sinal para ser alimentado. Primeiramente

    ir abrir para o lado da gua do aquecimento da soda e quando esta acabar que

    abre para a gua que est na cisterna de cimento. O condutmetro vai verificar se a

    gua tem condutividade acima do valor programado. Se assim for, a gua tem de ser

    filtrada. Se estiver abaixo desse valor pode ir directamente para o tanque de

    recolha. Durante algum tempo verificou-se que a condutividade da gua da cisterna

    no ultrapassava os 500 Scm-1, o que no justifica o funcionamento da

    Nanofiltrao. Mas nem sempre isto acontece. Quando o condutmetro medir uma

    condutividade superior a 1000 scm-1, a gua em vez de ir directamente para o

    tanque de recolha bombeada para o mdulo de membranas. A purga contnua do

    tanque de recolha admite condutividade at os 1500 scm-1, o que significa que a

    partir deste valor, inclusive, a gua ter de ser tratada. O ponto estabelecido (set-

    point) do condutmetro poderia ser um valor mais prximo de 1500 scm-1, no

    entanto, sugerido que seja um valor consideravelmente mais baixo, como 1000

    scm-1, para que a gua de alimentao ao circuito de frio consiga permanecer mais

    tempo no sistema e ainda diluir um pouco a gua que l se encontra. necessria

    uma bomba para que o mdulo de membranas trabalhe presso indicada.

    Seguidamente vem o mdulo de membranas, o sistema de Nanofiltrao

    propriamente dito. O retido do sistema de nanofiltrao ser reaproveitado voltando

    novamente cisterna. Mas, para isso, tem de existir uma purga na corrente de

    retido. Assim no haver concentrao de sais na cisterna.

    Depois do sistema de Nanofiltrao segue-se o tanque de recolha que permite a

    unificao dos circuitos. Antes do aparelho de Ultra-sons existe uma bomba que

    proporciona na tubagem de alimentao aos equipamentos o caudal suficiente para

    os alimentar. Esta alimentao regulada pela abertura das vlvulas que so

    controladas pelas bias existentes em cada um dos condensadores. Por fim tem o

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Optimizao do Circuito de gua dos Condensadores Evaporativos 38

    tratamento microbiolgico com a nova tecnologia que destri os microrganismos com

    Ultra-sons.

    A Figura 4.4 esquematiza o circuito de optimizado descrito anteriormente.

    Figura 4.4 - Esquema da instalao para optimizao dos condensadores evaporativos.

    Caudal de gua de Reposio aos Condensadores (Evaporao + Purga):

    O caudal de purga dos condensadores evaporativos foi estimado tendo em conta o

    valor lido de gua perdida (contador de gua) por evaporao e purga; dado que o

    fabricante fornece um valor recomendado para a purga dado um valor da

    evaporao, foi possvel estimar o valor da purga atravs duma regra de 3 simples. O

    valor obtido foi de 0,00252 m3min-1de purga e de 0,00377 m3min-1de gua

    evaporada.

    Assim, pode assumir-se que o caudal da purga contnua do tanque principal tem de

    ser 0,026 m3min-1 e o que se perde por evaporao de 0,038 m3min-1.

    A soma destes dois caudais, que aproximadamente 0,063 m3min-1, equivale ao

    caudal de reposio de gua tratada por Nanofiltrao ou do SMAS. A tubagem que

    devolve a gua aos condensadores tem um caudal de 0,868 m3min-1 (evaporao +

    retorno).

    0.868 m3.min-1

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Optimizao do Circuito de gua dos Condensadores Evaporativos 39

    rea de Membrana Necessria:

    Depois de realizados testes laboratoriais membrana, verificou-se que as melhores

    condies de operao so a presso 12 bar, caudal de retido 4,3 m3min-1 e a

    temperatura 20 C. Nestas condies as membranas estudadas tm um fluxo de

    permeado de 1,116 x 10-4 m3min-1cm-2.

    Durante o funcionamento dos condensadores haver uma perda de gua por

    evaporao e pela purga contnua de 0,063 m3min-1. O caudal de purga que vem das

    caldeiras cerca de 0,064 m3min-1. Como podemos ver, os dois valores so muito

    prximos. Assim sendo, toda a gua perdida nos condensadores possvel ser reposta

    pelas purgas dos geradores de vapor. O caudal de gua filtrada tem de ser de 0,063

    m3min-1. Se ocasionalmente o caudal de purga for superior, a cisterna de cimento

    grande o suficiente para acumular toda a gua.

    Para se obter o caudal mencionado de gua filtrada a membrana de Nanofiltrao

    tem uma rea de 540 cm2. Como uma membrana pequena pode ser de geometria

    plana.

    Caudal de Retido:

    O sistema de Nanofiltrao apresentado vai tratar um pequeno caudal de gua.

    Como em qualquer sistema de filtrao, aps a membrana temos duas correntes, a

    de permeado, que aquela que queremos introduzir nos condensadores, e a de

    retido. A corrente de retido possui uma concentrao maior de sais, no entanto, por

    no ter uma concentrao muito elevada, esta pode ser reaproveitada se uma parte

    dela for purgada.

    Nos ensaios laboratoriais, para as condies escolhidas, obteve-se uma razo Q retido/

    Q permeado 238. No caso em questo, para o caudal de permeado necessrio, o

    caudal de retido tem que ser de 14,952 m3min-1. O que significa que o caudal de

    alimentao ao mdulo de membranas de 15,015 m3min-1.

    Dado que no conhecido as concentraes relativas dos diferentes sais presentes

    na gua, para se poder estimar o caudal de purga do retido assumiram-se duas

    hipteses simplificativas: a gua de alimentao tem uma concentrao de 1 gm-3 e

    a remoo de sal seria de 50%, tendo o permeado uma concentrao de 0,5 gm-3.

    Atravs de um balano material, calculou-se o caudal de purga do retido, Q purga =

    0,018 m3min-1. Desta forma no haver acumulao de sais na cisterna.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Concluses 40

    5. Concluses

    O presente trabalho teve como objectivo a optimizao do tratamento de gua

    industrial para alimentao ao circuito de refrigerao e para a produo de vapor.

    Do diagnstico realizado verificou-se que a nica alterao que dever ser

    implementada e que reduzir o consumo de produtos qumicos a introduo de uma

    bomba doseadora de Enviroplus. Relativamente ao circuito dos condensadores

    evaporativos e das torres de arrefecimento, propem-se a unificao dos circuitos de

    forma a poder implementar um sistema de doseamento automtico de biocidas.

    Chegou-se concluso que se poder reutilizar a gua das purgas das caldeiras na

    alimentao do circuito de gua dos condensadores evaporativos. Depois de tratada

    por Nanofiltrao, a gua dever encontrar-se em condies para ser alimentada aos

    condensadores. Alm de se economizar em gua tambm se ir melhorar a eficincia

    dos condensadores e certamente, seguindo a proposta apresentada, perder-se-ia

    menos gua em purgas nos prprios condensadores. Verificou-se que em 2008 o

    volume de gua das purgas das caldeiras foi quase igual ao volume de gua

    consumida pelos condensadores. Com a implementao desta proposta, como a gua

    das purgas deixaria de ser perdida, o controlo da condutividade da gua nas caldeiras

    viria facilitado dado o custo da gua ser menor. As caldeiras passariam a operar com

    guas em boas condies assim como os condensadores que teriam gua com

    concentrao vestigial de clcio e magnsio. Esta proposta permitir reduzir muito os

    problemas de incrustaes nos condensadores.

    A alterao do tratamento microbiolgico de qumico para ultra-snico apresenta

    uma mais-valia para a empresa e para o ambiente. O tratamento da gua por ultra

    sons, para alm de ser muito eficaz tem um impacto muito menor no ambiente e na

    sade humana.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Avaliao do Trabalho Realizado 41

    6. Avaliao do Trabalho Realizado

    6.1. Objectivos Realizados

    No mbito do projecto foi realizado o levantamento de todos os produtos qumicos

    utilizados no tratamento da corroso, incrustaes e microrganismos na gua de

    alimentao aos sistemas de refrigerao e caldeiras. Foi ainda realizado o

    diagnstico da aplicao do tratamento qumico e feita uma proposta de

    melhoramento.

    Tendo em ateno o enquadramento da empresa, foi apresentado uma proposta de

    optimizao do tratamento da gua dos condensadores evaporativos alterando o

    doseamento do anti-incrustante (Enviroplus) e alterando a instalao de modo a

    permitir o tratamento microbiolgico por ultra-sons. Foi ainda proposta a reutilizao

    da gua das purgas das caldeiras, aps purificao por Nanofiltrao, no circuito de

    gua dos condensadores. Esta reutilizao dever ainda melhorar de forma mais

    acentuada o funcionamento dos condensadores dado esta ser uma gua com baixa

    dureza.

    6.2. Trabalho Futuro

    A membrana de Nanofiltrao caracterizada para fazer a purificao da gua das

    purgas das caldeiras, sensvel a pH superior a 9. No entanto, esta gua apresenta

    por vezes um pH superior a este valor. Neste sentido dever ser seleccionada e

    caracterizada uma membrana de Nanofiltrao estvel a pH elevados. A

    caracterizao das novas membrana dever considerar:

    Permeabilidade e selectividade da membrana;

    Colmatao da membrana aps contacto prolongado com a gua a tratar;

    Estabilidade de longo prazo.

    Relativamente s condies de operao no laboratrio, a maior dificuldade

    encontrada foi manter a temperatura fixa ao longo dos ensaios, porque o lquido

    arrefecedor do permutador da instalao piloto, que gua glicolada, tem um caudal

    que varia frequentemente.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Avaliao do Trabalho Realizado 42

    Um outro factor relevante para o bom funcionamento da instalao proposta o

    controlo da condutividade da gua das caldeiras. Para um melhor controlo, este deve

    ser feito de modo automtico e assim a condutividade da gua nunca atingir valores

    demasiado elevados, o que dificultaria o processo de Nanofiltrao.

    6.3. Apreciao Final

    Depois de ultrapassadas as dificuldades encontradas com o tema do trabalho e de

    encontrada uma soluo alternativa para o tratamento da gua em questo, penso

    que o projecto teve uma apreciao positiva. Apesar de tudo, a autora tem

    conscincia de ter seguido um caminho bastante diferente daquele inicialmente

    previsto. Isso deveu-se ao facto de, na opinio da autora, ter sido proposto um

    projecto que no tinha muito por onde se desenvolver.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Referncias Bibliogrficas 43

    7. Referncias Bibliogrficas

    [1] http://www.unicer.pt

    [2] http://www.fem.unicamp.br/~em672/GERVAP4.pdf

    [3] http://www.segurancaetrabalho.com.br/dowload/caldeiras-apostilha.pdf

    [4] http://www.mascia.com.br/cms/arquivos/curso_tratamento_gua.pdf

    [5] http://www.kurita.com.br/adm/dowload/sequestrante_de_oxigenio_

    hidrazina.pdf

    [6] http://www.kurita.com.br/adm/dowload/sequestrante_de_oxigenio_sulfitos.pdf

    [7] http://www.meiofiltrante.com.br/materiais.asp?action=detalhe&id=272

    [8] http://web.ist.utl.pt/luis.roriz/MyPage/et_T01.htm

    [9] http://www.meiofiltrante.com.br/materias.asp?action=detalhe&id=72

    [10] http://www.armacan.com/filesnew/PMCB_prinfunc.gif

    [11] http://www.procknor.com.br/stabsetout03.htm

    [12] Princpios de Tratamento de gua industrial; Publicado por Drew Produtos

    Qumicos Ltda; So Paulo - Brasil

    [13] http://www.agena.com.br/port/tratagua/download/1%20-%20Introducao.pdf

    [14] Timothy J. Mason; Advances in Sonochemistry; JAI Press, Inc; Volume 5; 1999

    [15] http://www.gemi.org/waterplanner/Documents/Ashland-C21128200616455.pdf

    [16] http://www.jobwerx.com/news/ashland

    [17] Norman N. Li, Anthony G. Fare, W. S. Winston Ho, Takeshi Matsuura; Advanced

    membranes Technology and Applications; Jonh Wiley & Sons, Inc; 2008

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Clculo do Caudal de gua de Reposio dos Condensadores Evaporativos 44

    Anexo 1

    Clculo do Caudal de gua de Reposio dos Condensadores Evaporativos

    (Evaporao + Purga):

    O valor calculado para a reposio de gua devido evaporao e purga contnua

    baseou-se no registo de um contador existente na tubagem de alimentao dos

    sistemas de refrigerao. Relacionando os valores do contador com a teoria da ficha

    de especificao dos condensadores. Os valores dados pelo fabricante so vlidos

    quando os condensadores trabalham mxima eficincia.

    O contador registou, em 2008, 41 093 m3 de gua para os dez condensadores

    evaporativos e as duas torres de arrefecimento. Os equipamentos so lavados uma

    vez por semana. No processo de lavagem, alm de se gastar gua para lavar, no final

    tambm se gasta gua para abastecer os equipamentos. Assim, s 39 653 m3, o que

    equivale a um caudal total de 0,075 m3min-1 que foi perdido por evaporao e

    purgas. Cada equipamento consome cerca de 0,006 m3min-1.

    A ficha de especificao dos condensadores refere que, quando trabalham mxima

    eficincia, o caudal de evaporao de 0,037 m3min-1 e a purga contnua, para

    manter os nveis de concentrao de sais adequada, de 0,025 m3min-1. O que

    significa que a perda total de gua, em cada condensador, de 0,061 m3min-1.

    Como se pode verificar, pelos valores do contador, os condensadores no esto a ter

    esta perda de gua, o que significa que esto a trabalhar a baixa eficincia. Fazendo

    uma relao directa entre o caudal de gua perdida quando se trabalha mxima

    eficincia e o caudal perdido na situao real, obtm-se o caudal aproximado, que

    se pratica neste momento de purga contnua e de evaporao.

    0,06198 m3min-1 consumo gua --------- 0,02484 m3min-1 caudal de purga

    0,006287 m3min-1consumo gua ---------- X m3min-1 caudal de purga

    Usando a regra de trs simples obtm-se o valor de 0,00252 m3min-1de purga

    contnua em cada condensador.

  • Optimizao do Consumo de Produtos Qumicos na Unidade de Fluidos

    Clculo do Caudal de gua de Reposio dos Condensadores Evaporativos 45

    Fazendo o mesmo raciocnio para a evaporao.

    0,06198 m3min-1 consumo gua --------- 0,03714 m3min-1 caudal de evaporao

    0,006287 m3min-1consumo gua --------- X m3min-1 caudal de evaporao

    O que d um valor de 0,003767 m3min-1de gua evaporada em cada condensador.