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TRATAMENTOS DE ÁGUA EM SISTEMAS DE AQUECIMENTO E RESFRIAMENTO

1. Introdução:

A utilização de água pela indústria pode ocorrer de diversas formas, tais como: incorporação ao produto; lavagens de máquinas, tubulações e pisos; águas de sistemas de resfriamento e geradores de vapor; águas utilizadas diretamente nas etapas do processo industrial ou incorporadas aos produtos; esgotos sanitários dos funcionários. Exceto pelos volumes de águas incorporados aos produtos e pelas perdas por evaporação, as águas tornam-se contaminadas por resíduos do processo industrial ou pelas perdas de energia térmica, originando assim os efluentes líquidos.

Os efluentes líquidos ao serem despejados com os seus poluentes característicos causam a alteração de qualidade nos corpos receptores e conseqüentemente a sua poluição (degradação). Historicamente o desenvolvimento urbano e industrial ocorreu ao longo dos rios devido à disponibilidade de água para abastecimento e a possibilidade de utilizar o rio como corpo receptor dos dejetos. O fato preocupante é o aumento tanto das populações quanto das

UTILIDADES E PROCESSOSProfo.: Msc. Tércio Graciano Machado

. Conteúdo: . Tratamentos de água em sistemas de aquecimento e resfriamento;

. Caldeiras – Tipos e principais Acessórios;

. Ar Comprimido;

. Compressores – Tipos e principais Acessórios.

atividades industriais e o número de vezes que um mesmo rio recebe dejetos urbanos e industriais, a seguir servindo como manancial para a próxima cidade ribeirinha.

A poluição hídrica pode ser definida como qualquer alteração física, química ou biológica da qualidade de um corpo hídrico, capaz de ultrapassar os padrões estabelecidos para a classe, conforme o seu uso preponderante. Considera-se a ação dos agentes: físicos materiais (sólidos em suspensão) ou formas de energia (calorífica e radiações); químicos (substâncias dissolvidas ou com potencial solubilização); biológicos (microorganismos).

A poluição origina-se devido a perdas de energia, produtos e matérias primas, ou seja, devido à ineficiência dos processos industriais. O ponto fundamental é compatibilizar a produção industrial com a conservação do meio ambiente que nos cerca. Somente a utilização de técnica de controle não é suficiente, mas é importante a busca incessante da eficiência industrial, sem a qual a indústria torna-se obsoleta e é fechada pelo próprio mercado. A eficiência industrial é o primeiro passo para a eficiência ambiental.

A poluição pelos efluentes líquidos industriais deve ser controlada inicialmente pela redução de perdas nos processos, incluindo a utilização de processos mais modernos, arranjo geral otimizado, redução do consumo de água incluindo as lavagens de equipamentos e pisos industriais, redução de perdas de produtos ou descarregamentos desses ou de matérias primas na rede coletora. A manutenção também é fundamental para a redução de perdas por vazamentos e desperdício de energia. Além da verificação da eficiência do processo deve-se questionar se este é o mais moderno, considerando-se a viabilidade técnica e econômica.

Após a otimização do processo industrial, as perdas causadoras da poluição hídrica devem ser controladas utilizando-se sistemas de tratamento de efluentes líquidos.

Os processos de tratamento a serem adotados, as suas formas construtivas e os materiais a serem empregados são considerados a partir dos seguintes fatores: a legislação ambiental regional; o clima; a cultura local; os custos de investimento; os custos operacionais; a quantidade e a qualidade do lodo gerado na estação de tratamento de efluentes industriais; a qualidade do efluente tratado; a segurança operacional relativa aos vazamentos de produtos químicos utilizados ou dos efluentes; explosões; geração de odor; a interação com a vizinhança; confiabilidade para atendimento à legislação ambiental; possibilidade de reuso dos efluentes tratados (GIORDANO,1999).

Um fator importante que determina o grau de controle da poluição por efluentes líquidos é a localização da indústria. Podemos citar como exemplo o caso de uma indústria que esteja localizada em uma bacia hidrográfica de classe especial, que não poderá lançar nesta nem mesmo os efluentes tratados. Nestes casos é necessário além do tratamento, que seja feito uma transposição dos efluentes tratados para outra bacia, logicamente com maiores custos. Além de atender aos requisitos específicos para o lançamento de efluentes, as características dos efluentes tratados devem ser compatíveis com a qualidade do corpo receptor.

Os sistemas de tratamento de efluentes são baseados na transformação dos poluentes dissolvidos e em suspensão em gases inertes e ou sólidos sedimentáveis para a posterior separação das fases sólida/líquida. Sendo assim se não houver a formação de gases inertes ou lodo estável, não podemos considerar que houve tratamento. A Lei de Lavoisier, sobre a conservação da matéria é perfeitamente aplicável, observando-se apenas que ao remover as substâncias ou materiais dissolvidos e em suspensão na água estes sejam transformados em materiais estáveis ambientalmente. A poluição não deve ser transferida de forma e lugar. É

necessário conhecer o princípio de funcionamento de cada operação unitária utilizada bem como a ordem de associação dessas operações que definem os processos de tratamento.

Os sistemas de tratamento devem ser utilizados não só com o objetivo mínimo de tratar os efluentes, mas também atender a outras premissas. Um ponto importante a ser observado é que não se deve gerar resíduos desnecessários pelo uso do tratamento. A estação de tratamento não deve gerar incômodos seja por ruídos ou odores, nem causar impacto visual negativo. Deve-se sempre tratar também os esgotos sanitários gerados na própria indústria, evitando-se assim a sobrecarga no sistema público. Assim cada indústria deve controlar totalmente a sua carga poluidora. Podemos sintetizar que um bom sistema de tratamento é aquele que pode ser visitado.

2. Parâmetros Sanitários:

São os indicadores utilizados para o dimensionamento e o controle da poluição por efluentes industriais.

Após a utilização das águas pelas indústrias, os diversos resíduos e ou energias são incorporados alterando-lhes as suas características físicas, químicas e sensoriais, gerando assim os efluentes líquidos. Para a avaliação da carga poluidora dos efluentes industriais e esgotos sanitários são necessárias as medições de vazão in loco e a coleta de amostras para análise de diversos parâmetros sanitários que representam a carga orgânica e a carga tóxica dos efluentes. Os parâmetros utilizados são conjugados de forma que melhor signifiquem e descrevam as características de cada efluente.

2.1Características dos poluentes

Nas indústrias as águas podem ser utilizadas de diversas formas, tais como: incorporação aos produtos; limpezas de pisos, tubulações e equipamentos; resfriamento; aspersão sobre pilhas de minérios,etc. para evitar o arraste de finos e sobre áreas de tráfego para evitar poeiras; irrigação; lavagens de veículos; oficinas de manutenção; consumo humano e usos sanitários.

Além da utilização industrial da água, esta também é utilizada para fins sanitários, sendo gerados os esgotos que na maior parte das vezes são tratados internamente pela indústria, separados em tratamentos específicos ou tratados até conjuntamente nas etapas biológicas dos tratamentos de efluentes industriais. As águas residuárias, neste caso os esgotos sanitários, contêm excrementos humanos líquidos e sólidos, produtos diversos de limpezas, resíduos alimentícios, produtos desinfetantes e pesticidas. Principalmente dos excrementos humanos, originam-se os microorganismos presentes nos esgotos. Os esgotos sanitários são compostos de matéria orgânica e inorgânica. Os principais constituintes orgânicos são: proteínas, açúcares, óleos e gorduras, microorganismos, sais orgânicos e componentes dos produtos saneantes. Os principais constituintes inorgânicos são sais formados de ânions (cloretos, sulfatos, nitratos, fosfatos) e cátions (sódio, cálcio, potássio, ferro e magnésio) (VON SPERLING, 1996).

As características dos efluentes industriais são inerentes a composição das matérias primas, das águas de abastecimento e do processo industrial. A concentração dos poluentes nos efluentes é função das perdas no processo ou pelo consumo de água.

A poluição térmica, devido às perdas de energia calorífica nos processos de resfriamento ou devido às reações exotérmicas no processo industrial, também é importante fonte de poluição dos corpos hídricos. Neste caso o parâmetro de controle é a temperatura do efluente.

As características sensoriais dos efluentes notadamente o odor e a cor aparente são muito importantes, pois despertam as atenções inclusive dos leigos podendo ser objeto de atenção das autoridades.

O odor nos efluentes industriais pode ser devido à exalação de substâncias orgânicas ou inorgânicas devidas a: reações de fermentação decorrentes da mistura com o esgoto (ácidos voláteis e gás sulfídrico); aromas (indústrias farmacêuticas, essências e fragrâncias); solventes (indústrias de tintas, refinarias de petróleo e pólos petroquímicos); amônia do chorume.

A cor dos efluentes é outra característica confusamente controlada pela legislação (GIORDANO, 1999). O lançamento de efluentes coloridos atrai a atenção de quem estiver observando um corpo hídrico. A cor no ambiente é a cor aparente, composta de substâncias dissolvidas (corantes naturais ou artificiais) e coloidais (turbidez).

As características físico-químicas são definidas por parâmetros sanitários que quantificam os sólidos, a matéria orgânica e alguns de seus componentes orgânicos ou inorgânicos. Os compostos com pontos de ebulição superiores ao da água serão sempre caracterizados como componentes dos sólidos.

Os sólidos são compostos por substâncias dissolvidas e em suspensão, de composição orgânica e ou inorgânica. Analiticamente são considerados como sólidos dissolvidos àquelas substâncias ou partículas com diâmetros inferiores a 1,2 μm e como sólidos em suspensão as que possuírem diâmetros superiores.

Os sólidos em suspensão são subdivididos em sólidos coloidais e sedimentáveis/ flutuantes. Os sólidos coloidais são aqueles mantidos em suspensão devido ao pequeno diâmetro e pela ação da camada de solvatação que impede o crescimento dessas partículas. É importante ressaltar que partículas com diâmetro entre 0,001 e 1,2 μm são coloidais (suspensão), mas pela metodologia analítica padronizada são quantificadas como sólidos dissolvidos. Os sólidos sedimentáveis e os flutuantes são aqueles que se separam da fase líquida por diferença de densidade.

Além do aspecto relativo a solubilidade, os sólidos são analisados conforme a sua composição, sendo classificados como fixos e voláteis. Os primeiros de composição inorgânica e os últimos com a composição orgânica. A seguir pode-se observar um esquema de composição de sólidos:

Fonte: Adaptado de Jordão, 1985, p. 27).

3. Água Para Uso em Caldeiras Industriais:

Atualmente a água é o principal fluido utilizado em sistemas de geração de vapor. Na natureza encontram-se diversos tipos de águas, sendo que todas são impuras, pois apresentam quantidades diversificadas de impurezas iônicas ou moleculares, cuja composição e proporção estão relacionadas com a constituição geológica dos solos. Os constituintes geralmente encontrados junto com a água são sais dissolvidos inorgânicos e orgânicos, matéria orgânica em suspensão, material coloidal, gases dissolvidos e microorganismos. O alto poder calorífico aliado à ampla disponibilidade da água no meio industrial justifica a preferência do vapor da mesma como fluido de trabalho. Atualmente, o vapor é utilizado em grande escala, tanto para serviços de aquecimento, quanto para serviços acionados mecanicamente. Sua aplicação é bastante abrangente, pois atende diversas necessidades das empresas, como por exemplo, indústria de alimentos, bebidas, papel e celulose, têxtil, metalúrgica, química e outras.

Os componentes das máquinas geradoras de vapor são constituídos de materiais metálicos, que em contato com a água tendem a sofrer patologias, como:

. incrustação;

. corrosão;

. arraste.

3.1. Corrosão

A corrosão em caldeiras é geralmente causada pela presença de gases dissolvidos (principalmente o oxigênio) e sua reação com o ferro presente no aço do equipamento. Como medida preventiva, é feita a desaeração na água de alimentação da caldeira, através de métodos mecânicos (desaeradores) complementados quimicamente pela adição de seqüestrantes de oxigênio, tais como o sulfito de sódio ou hidrazina. A corrosão é um dos entraves mais sérios em sistemas geradores de vapor, pois pode ocasionar decomposição dos equipamentos e tubulações, acidentes, perda de material e parada do equipamento para a manutenção.

3.2. Incrustação

As incrustações são originadas pelo aumento de concentração de sais e outras substâncias dissolvidas e/ou suspensas na água, uma vez que estes materiais não saem junto com o vapor em condições normais de operação. Ao atingirem o ponto de saturação, estas substâncias (principalmente sais de cálcio e magnésio – dureza – e sílica) se precipitam, formando um agregado muito duro e aderente nas superfícies de troca térmica das caldeiras. Como conseqüência, temos a diminuição da transferência de calor, aumento no consumo de combustível e queda na produção de vapor, podendo até mesmo causar o rompimento de tubulações devido ao superaquecimento. Nas fotos abaixo, a tubulação de caldeira coberta por lama (argila) ressecada, originada da utilização direta de água bruta proveniente de rio. Este problema pode ser facilmente resolvido através de um processo convencional de tratamento de água (floculação – decantação – filtração), ou até mesmo por um processo de filtração direta da água bruta.

Para eliminar este sério inconveniente, deve-se proceder com um correto tratamento químico interno da água do equipamento, através da adição de agentes dispersantes/seqüestrantes, fosfatos (se for o caso) e um adequado regime de descargas; o retorno de condensado para a caldeira é outra prática fortemente recomendada, visto que o mesmo possui baixíssimo teor de sais e apresenta temperatura elevada. Porém, é de fundamental importância que a água utilizada para reposição na caldeira tenha um pré-tratamento satisfatório, através de processos de floculação/decantação e filtração, se for captada de rios ou lagos e, adicionalmente, asse por processos avançados de remoção de impurezas, tais como o abrandamento, a desmineralização ou a osmose reversa. Nestes três sistemas, a presença de materiais em suspensão pode prejudicar irreversivelmente as resinas ou membranas, demandando uma especial atenção aos filtros que precedem estes equipamentos. A presença de cloro livre ou outros agentes oxidantes também é um fator preocupante, normalmente solucionado com a instalação de filtros de carvão ativo.

3.3. Arraste

O último dos vilões do sistema gerador de vapor, embora não menos preocupante, é o arraste. Como o próprio nome diz, trata-se de um fenômeno caracterizado pelo arraste de água da caldeira para a linha de vapor, causando os mais diversos inconvenientes, como: formação de depósitos em superaquecedores, turbinas, válvulas e acessórios da seção pós-caldeira, queda acentuada no rendimento de equipamentos que utilizam vapor para aquecimento, formação de golpes de aríete nas linhas, entre outros. O arraste é combatido através de alguns procedimentos simples, porém eficientes, destacando-se: manutenção dos limites de sólidos dissolvidos e suspensos na água da caldeira; evitando-se a contaminação por materiais orgânicos e dosagem excessiva de soda cáustica; equilibrando produção e demanda de vapor, evitando as elevações

bruscas de consumo; operação com nível de água de acordo com recomendações do fabricante e observação detalhada do projeto do equipamento, incluindo os dispositivos emprega dos para eliminação de gotinhas localizadas no interior das caldeiras (chamados popularmente de “chevrons” ou “filtros de vapor”.

4. Águas de alimentação

Diversos mananciais, como: águas superficiais de rios, lagos e represas, águas de poços artesianos, águas da rede pública, etc., podem ser utilizados como fonte de captação para a alimentação de sistemas geradores de vapor. A água considerada ideal para alimentação de caldeiras é aquela que não corrói osmetais da caldeira e seus acessórios, não deposita substâncias incrustantes e nãoocasiona arraste ou espuma. Entretanto, água com essas características é difícil de se obter, pois antes é preciso proceder a um pré-tratamento que permita reduzir as impurezas a um nível compatível, para não prejudicar o funcionamento da caldeira.

5. Tratamentos primários para águas

Tratamentos primários são todos os processos físico-químicos a que é submetida à água, para modificar seus parâmetros de qualidade, tornando-a com características que atendam as especificações e padrões solicitados por normas específicas, onde determinam padrões específicos para uma aplicação industrial ou de potabilidade.

5.1. Processos externos de tratamento de água

Quando não se aplicam os tratamentos internos e externos adequados e eficientes para uma água, esta pode ocasionar uma série de inconvenientes indesejáveis num processo industrial, resultando em perdas de eficiência, segurança e combustível. Pode-se obter o máximo proveito útil de um sistema gerador de vapor com os mais baixos custos, por meio de uma manutenção preventiva e com cuidados indispensáveis. Por esse motivo são necessários o controle e tratamento da água utilizada nestes processos. A análise química de uma água permite avaliar sua composição bruta, que aliada às características técnicas da caldeira oferece subsídios quanto a escolha dos tratamentos físicos e químicos propriamente ditos.

Essas análises efetuadas no laboratório químico têm o objetivo de verificar se o tratamento proposto ao equipamento está sendo eficiente. Os valores máximos e mínimos pré-estabelecidos devem ser observados, cabendo ao laboratório determinar instruções de operação para contorno de alguma variação nos parâmetros, além de verificar o desempenho dos instrumentos, das resinas de troca iônica, dos equipamentos de purificação de água, dos reagentes analíticos, e dos produtos químicos utilizados no tratamento do sistema. As análises de uma água devem ser feitas regularmente, para se verificar eventuais alterações nas qualidades da mesma, oque fornece subsídios necessários para as correções posteriores e controle das dosagens de produtos químicos adicionados. A periodicidade de uma análise varia muito com as condições de operação da caldeira, da natureza e gravidade dos problemas constatados. Para um tratamento químico preventivo ser eficiente num sistema de geração de vapor, é necessário fazer um estudo completo das características do equipamento e da água a ser usada no mesmo, e posteriormente utilizá-lo de forma correta, garantindo a manutenção da eficiência do mesmo.

O tratamento externo é definido como processos utilizados para alterar a qualidade da água antes do ponto de utilização. Os processos externos de tratamento de água agem no sentido de concentrar um contaminante em particular, ou contaminantes, produzindo assim um efluente que deve ser tratado. São considerados tratamentos externos:

. Clarificação: Esse processo engloba três passos importantes (Coagulação, Floculação e Sedimentação);

. Pré-decantação;

. Cloração;

. Filtração;

. Troca iônica;

. Desmineralização;

. Desaeração mecânica;

. Remoção do ferro (desferrização);

. Abrandamento com cal;

. Abrandamento com cal a quente;

. Redução da alcalinidade.

5.2. Parâmetros de qualidade para águas de geração de vapor:

.Parâmetros físicos: Cor e Turbidez.

.Parâmetros químicos: pH, Alcalinidade, Dureza, Cloretos, Oxigênio dissolvido, Gás carbônico, Sulfatos, Sulfitos, Fosfatos, Sílica, Ferro, Manganês e Sólidos totais.

A análise físico-química da água a ser utilizada fornece subsídios para a identificação dos contaminantes, permitindo a escolha de um ou mais métodos de tratamento externo, cuja finalidade é alterar a qualidade da água antes do ponto de utilização. Sempre que solicitada uma análise de água, devem-se selecionar os parâmetros a serem investigados pela análise. A partir dos resultados obtidos quanto aos parâmetros físico-químicos da água de alimentação, água de caldeira e água de condensado pode-se inferir sobre as operações de tratamentos externos e internos adequados nos sistemas geradores de vapor.

5.3. Tratamento químico interno:

O primeiro método utilizado para corrigir as impurezas provenientes da água de alimentação foi o tratamento químico interno da água de caldeira através de compostos químicos, o qual possui uma intensa aplicação nos dias de hoje. Para este propósito, utiliza-se uma grande variedade de substâncias de composições diferenciadas, visando retardar o efeito da corrosão, incrustação, possíveis arrastes e espumação nos equipamentos. O tipo de tratamento a ser adotado depende das características da água que vai ser injetada na caldeira, da sua pressão de trabalho, da taxa de vaporização e do modo de utilização do vapor.

Os principais tipos de tratamento interno são: . Controle de precisão; . Controle de coordenação pH-PO4;. Controle congruente pH-PO4;. Tratamento zero sólido;. Tratamento com sulfito de sódio;. Tratamento com hidrazina;

. Tratamento convencional;

. Tratamento com quelatos;

. Tratamento com polímeros;

. Tratamento conjugado.

Os métodos de tratamento interno de água são desenvolvidos através de uma formulação combinada de Fosfatos, Dispersantes poliacrílicos, Sulfitos, Quelantes, Aminas voláteis, Hidrazinas e Antiespumantes.

5.4. Limpeza química de caldeiras

O processo de limpeza química de caldeiras pode ser dividido em limpeza pré-operacional e limpeza de caldeiras em operação. O roteiro para o procedimento de uma limpeza química em caldeiras segue a seguinte metodologia: acomodação das crostas, limpeza ácida, neutralização e cuidados com a atmosfera de hidrogênio.

6. Água Para Uso em Sistemas de Resfriamento:

Outra aplicação muito utilizada para a água é o resfriamento de processos, através de recirculação da mesma em sistemas semi-abertos e remoção final do calor em torres de resfriamento. Observamos estes circuitos nos mais variados segmentos, entre os quais enumeramos: operações de siderurgia, metalurgia e fundição; resfriamento de reatores, compressores e equipamentos de refrigeração, incluindo instalações de ar condicionado e frio alimentar; condensação de vapores e resfriamento em usinas termelétricas e nucleares, entre muitos outros.

Nestes sistemas, grande parte do calor é removida por evaporação da água, o que também causa aumento de concentração de sais e outros materiais indesejáveis, tal como ocorre nas caldeiras. A corrosão, como é de se esperar, também é um problema sempre presente neste processo. Por fim, devido às temperaturas relativamente amenas que encontramos na água de resfriamento, temos um terceiro inconveniente bastante indesejável: o crescimento microbiológico, sobretudo de certas classes de organismos tais como algas, bactérias e fungos. Para minimizarmos os problemas com incrustações, além do uso de água com boa qualidade e um controle das descargas, pratica-se a dosagem de dispersantes de sais e íons metálicos, principalmente cálcio e magnésio.

A corrosão em sistemas de resfriamento é normalmente combatida através da aplicação de inibidores de corrosão, responsáveis pelo bloqueio das reações químicas que a promovem e/ou através da formação de filmes protetivos sobre a superfície do metal.

Para se controlar o desenvolvimento microbiológico, é comum o uso de agentes denominados biocidas, capazes de eliminar os microrganismos presentes no circuito, através de mecanismos específicos. Em sistemas com alta tendência à infestação, recomenda-se ainda a dosagem dos chamados biodispersantes, substâncias capazes de penetrar e dissolver a camada mucilaginosa que alguns organismos produzem, efeito este altamente indesejável quando ocorre de forma aderida às superfícies de troca térmica, compondo o chamado “slime” ou “biofouling”.

Lembramos ainda que algumas espécies particulares de bactérias são causadoras diretas de corrosão (elas praticamente “comem” o ferro), tais como as bactérias anaeróbias redutoras de sulfato. Com tantos problemas ocorrendo simultaneamente nos sistemas de resfriamento, é comum encontrarmos excesso de materiais em suspensão nessa água. Esta presença agrava ainda mais os problemas existentes, pois o material suspenso serve de suporte e nutriente para microrganismos, ajuda na formação de incrustações que, por sua vez, acentuam os processos corrosivos. Como medida complementar ao tratamento químico, em muitos sistemas de resfriamento é recomendada a instalação de um filtro em paralelo, denominado “sidestream filter”, cujo objetivo é reter o material em suspensão, removendo-o da água de resfriamento. Com a instalação desses filtros, observamos uma significativa redução na dosagem de insumos

químicos, além da diminuição das taxas de corrosão e formação de depósitos indesejáveis. Normalmente, esses filtros são encontrados em configurações de leito de areia ou similar, operando a gravidade ou pressão, bastante eficientes na remoção do matéria lsuspenso e de baixo custo fixo e operacional. Um tipo particular de filtro bem sucedido empregado nestes sistemas é o filtro auto-limpante, que realiza automaticamente as operações de limpeza do meio filtrante e descarte do material retido, sem a necessidade da interrupção da operação.

7.Tratamento com Resinas Trocadoras de Ions:

Na natureza, a água de um modo geral, depois de submetida aos processos de tratamento por clarificação e filtração, apresenta-se praticamente isenta de sólidos em suspensão, embora ainda não seja um composto quimicamente puro, pois apresenta sais e ácidos, além de algumas substâncias dissolvidas. Os sais e ácidos não se dissolvem na água como moléculas, mas se dissociam nela em partículas bem menores, eletricamente carregadas, chamadas íons. Para se ter uma idéia melhor, o Cloreto de Sódio (NaCl) em solução aquosa, não apresenta moléculas dissolvidas de NaCl (eletricamente neutras), mas moléculas dissociadas na água, como íons positivos (cátions sódio) e íons negativos (ânions cloreto).

7.1. Clarificação

O processo de clarificação consiste nas etapas de floculação, decantação e filtração. Para que essas etapas ocorram, é dosado na entrada de água bruta o floculante que pode ser o cloreto férrico, por exemplo, que através de processos químicos é o responsável pela aglomeração das partículas em suspensão. A quantidade dosada varia de acordo com a quantidade e tipos de partículas em suspensão na água a ser tratada.

Para fazer a correção do pH, de modo que a floculação e a decantação ocorram de maneira satisfatória, é feita uma dosagem de soda cáustica. O pH ideal varia de acordo com a qualidade da água que será tratada. A dosagem de cloreto férrico é feita por bombas dosadoras automáticas com set points de vazão ajustados de acordo com a vazão de alimentação de água bruta.

A dosagem de soda cáustica (para correção do pH) é efetuada por gravidade, a partir de um reservatório de estocagem, e a sua vazão é definida por válvulas pneumáticas. Os flocos que se depositam no fundo do decantador formam o lodo do tratamento. O sobrenadante, livre de sólidos suspensos, é coletado por cima e enviado para os filtros de areia. No fundo do decantador existem válvulas que se abrem durante um determinado período de tempo, purgando constantemente o lodo que se forma no fundo.

O lodo purgado do fundo dos decantadores é enviado por gravidade para uma caixa de recuperação de água. Na entrada desta caixa é feita uma dosagem de polieletrólito para realizar o adensamento do lodo no compartimento intermediário da caixa. Dessa forma o sobrenadante mais limpo da caixa transborda para um tanque, sendo posteriormente bombeado de volta para a entrada do tratamento com resina trocadora de íons. O lodo adensado vai para o compartimento de saída da caixa e é bombeado para um filtro prensa.

A última etapa da clarificação compreende a filtração do sobrenadante dos decantadores, que consiste na passagem da água através de um leito poroso, capaz de reter materiais em suspensão e até mesmo substâncias coloidais. O leito poroso é formado por uma mistura de areia e antracito. Quando o filtro está limpo pode-se passar por ele maior volume de água e, à medida que ele vai sendo obstruído pela sujeira, a vazão diminui gradativamente.

7.2. O Processo de Tratamento com Resinas

Como vimos anteriormente algumas aplicações industriais exigem uma água com características específicas como, por exemplo, para alimentação de caldeiras. Essa água não deve conter sais de Cálcio, Magnésio, Óxido de Silício e nem apresentar substâncias dissolvidas ou ainda combinações dessas substâncias.

O processo normalmente utilizado para a obtenção de água, com as características e condições acima é o da permutação iônica, onde íons dissolvidos na água entram em contato com determinadas substâncias sólidas, insolúveis na água, pelas quais são adsorvidos e permutados por outros íons. Essa permutação de íons, somente pode ser efetuada com íons de mesma carga elétrica, isto é, permuta de cátions/cátions e ânions/ânions. As substâncias que efetuam essas permutas de íons são resinas obtidas sinteticamente, em forma de pequenos grânulos (~ 0,5mm) denominados de resinas permutadoras de íons ou, mais comumente, resinas trocadoras catiônicas e aniônicas.

O processo de tratamento que emprega as resinas trocadoras catiônicas e aniônicas é denominado desmineralização. Neste tipo de tratamento temos a substituição dos íons catiônicos (Ca, Mg, Na) por íons hidrogênio e dos íons aniônicos (Cloretos, Sulfatos, Carbonatos, Sílicatos, Bicarbonatos e Nitratos) por íons hidroxila. Deste modo, elimina-se grande parte dos sais presentes na água, tornando-a equivalente à água destilada, eliminando assim os problemas de incrustações, cristalizações e corrosões.

7.3. Definição de desmineralização

A desmineralização é um processo em que se remove os sais minerais da água mediante troca iônica. Somente as substâncias que se ionizam na água podem ser removidas através de resinas trocadoras de íons. A desmineralização inclui duas reações de troca iônica. Os cátions como Cálcio, Magnésio removem-se com resinas catiônicas (Ciclo Hidrogênio). Os ânions como Cloretos, Sulfatos e Nitratos, removem com resinas aniônicas. A água a ser tratada passa opcionalmente primeiro por um Filtro de Carvão para remover o íon cloro presente na água potável com o objetivo de aumentar a vida útil das resinas, em seguida por um Trocador

Catiônico, fluindo no sentido ascendente, deixando por troca iônica os minerais que lhe dão dureza, levando consigo íons H+.

A troca iônica, sendo um fenômeno superficial, para ser bem efetuada, necessita que a resina esteja com sua capacidade de troca prolongada o maior tempo possível. Portanto, a água deve ser livre de materiais em suspensão e oleaginosos, pois a sua presença produz a colmatação da resina, necessitando proceder nesse caso lavagem freqüente.

7.4. Regeneração das resinas

A regeneração da resina catiônica é feita por meio de solução de Ácido Clorídrico, que com a sua passagem, retira os íons de minerais retidos, deixando íons H+ em seu lugar, permitindo obter uma água contendo somente os ácidos dos sais dissolvidos na água. Esta regeneração deve ser feita em contracorrente e após o abaixamento de nível. A resina catiônica regenerada com solução ácida permite obter a redução completa da alcalinidade e realizar assim uma desmineralização parcial por simples filtração. Após passar pelo Trocador Catiônico, a água flui através do Trocador de Ânion, e em presença de resinas aniônicas a água tratada desta forma ficará isenta de quase todos os sais dissolvidos. A regeneração da resina aniônica é feita por

meio de solução de Soda Cáustica, queem passagem retira da água os íons de minerais retidos, deixando íons OH+ em seu lugar concluindo assim o processo de desmineralização com uma qualidade de água superior a da água destilada. Os vasos trocadores de cátion e ânion possuem distribuidores internos, para otimizar a distribuição homogeneamente da água durante a operação, bem como a perfeita distribuição da água em toda a área interna do vaso durante a fase de contra lavagem das resinas. Estes vasos possuem internamente coletor e distribuidor superior de água, para permitir o perfeito desempenho da unidade nas fases de operação e regeneração das resinas trocadoras.

Reiterando, a água tendo passado pelos Trocadores de Cátion e de Ânion, é considerada uma água desmineralizada, sendo utilizada em processos industriais, principalmente nos químicos, farmacêuticos, alimentação de caldeiras de média ou alta pressão, na geração de vapor por turbinas, além de outras finalidades que necessitem de água pura, com reduzido teor de sólidos dissolvidos e sem contaminantes. A pureza é medida através da condutividade elétrica, provocada pela presença de íons inorgânicos (cátions e ânions), sendo necessário removê-los para atingir a qualidade requerida.

7.5. Resinas trocadoras de íons

As resinas trocadoras de íons utilizadas no tratamento de água são polímeros ou copolímeros orgânicos tais como fenóis, aldeídos, estirenos e derivados de vinil. A maioria são sólidos granulares. Na fabricação das resinas são adicionados via reação química de grupos ácidos ou básicos. Desta forma, pode-se obter resinas que trocam cátions e outras que trocam ânions, com propriedades físicas e químicas adequadas (resistência à abrasão, capacidade de troca, etc.).Na eliminação da dureza de águas com tratamento por resinas catiônicas e aniônicas, primeiro deixa-se a água passar pelo leito das catiônicas, pois estas são mais resistentes química e mecanicamente. Por último, a água passa pelo leito das aniônicas que são mais fracas tanto química quanto mecanicamente.

TRATAMENTOS DE EFLUENTES

A grande diversidade das atividades industriais ocasiona durante o processo produtivo, a geração de efluentes, os quais podem poluir/contaminar o solo e a água, sendo preciso observar que nem todas as indústrias geram efluentes com poder impactante nesses dois ambientes. Em um primeiro momento, é possível imaginar serem simples os procedimentos e atividades de controle de cada tipo de efluente na indústria. Todavia, as diferentes composições físicas, químicas e biológicas, as variações de volumes gerados em relação ao tempo de duração do processo produtivo, a potencialidade de toxicidade e os diversos pontos de geração na mesma unidade de processamento recomendam que os efluentes sejam caracterizados, quantificados e tratados e/ou acondicionados, adequadamente, antes da disposição final no meio ambiente.

De acordo com a Norma Brasileira — NBR 9800/1987, efluente líquido industrial é o despejo líquido proveniente do estabelecimento industrial, compreendendo emanações de processo industrial, águas de refrigeração poluídas, águas pluviais poluídas e esgoto doméstico. Por muito tempo não existiu a preocupação de caracterizar a geração de efluentes líquidos industriais e de avaliar seus impactos no meio ambiente. No entanto, a legislação vigente e a conscientização ambiental fazem com que algumas indústrias desenvolvam atividades para quantificar a vazão e determinar a composição dos efluentes industriais.

As características físicas, químicas e biológicas do efluente industrial são variáveis com o tipo de indústria, com o período de operação, com a matéria-prima utilizada, com a reutilização de água etc. Com isso, o efluente líquido pode ser solúvel ou com sólidos em suspensão, com ou sem coloração, orgânico ou inorgânico, com temperatura baixa ou elevada. Entre as determinações mais comuns para caracterizar a massa líquida estão as determinações físicas (temperatura, cor, turbidez, sólidos etc.), as químicas (pH, alcalinidade, teor de matéria orgânica, metais etc.) e as biológicas (bactérias, protozoários, vírus etc.).

O conhecimento da vazão e da composição do efluente industrial possibilita a determinação das cargas de poluição / contaminação, o que é fundamental para definir o tipo de tratamento, avaliar o enquadramento na legislação ambiental e estimar a capacidade de autodepuração do corpo receptor. Desse modo, é preciso quantificar e caracterizar os efluentes, para evitar danos ambientais, demandas legais e prejuízos para a imagem da indústria junto à sociedade.

1. Alternativas de Tratamento

A prevenção à poluição refere-se a qualquer prática que vise a redução e/ou eliminação, seja em volume, concentração ou toxicidade, das cargas poluentes na própria fonte geradora. Inclui modificações nos equipamentos, processos ou procedimentos, reformulação ou replanejamento de produtos e substituição de matérias-primas e substâncias tóxicas que resultem na melhoria da qualidade ambiental.

Qualquer que seja a solução adotada para o lançamento dos resíduos originados no processo produtivo ou na limpeza das instalações, é fundamental que a indústria disponha de sistema para tratamento ou condicionamento desses materiais residuais. Para isso é preciso que sejam respondidas algumas perguntas, como:

Qual o volume e composição dos resíduos gerados? Esses resíduos podem ser reutilizados na própria indústria? Esse material pode ser reciclado e comercializado? Quanto custa coletar, transportar e tratar esses resíduos? Existe local adequado para destino final desses resíduos?

2. Processos de tratamento

A tabela abaixo lista as operações usualmente empregadas para os diferentes tipos de contaminantes existentes nos efluentes industriais.

Os processos de tratamento utilizados são classificados de acordo com princípios físicos, químicos e biológicos:

a) Processos físicos: dependem das propriedades físicas do contaminante tais como, tamanho de partícula, peso específico, viscosidade, etc. Exemplos: gradeamento, sedimentação, filtração, flotação, regularização/equalização, etc.

b) Processos químicos: dependem das propriedades químicas dos contaminantes o das propriedades químicas dos reagentes incorporados. Exemplos: coagulação, precipitação, troca iônica, oxidação, neutralização, osmose reversa, ultrafiltração.

c) Processos biológicos: utilizam reações bioquímicas para a eliminação dos contaminantes solúveis ou coloidais. Podem ser anaeróbicos ou aeróbicos. Exemplo: lodos ativados, lagoas aereadas, biodiscos (RBC), filtro percolador, valas de oxidação, reatores sequenciais discontinuos (SBR).

O tratamento físico-químico apresenta maiores custos, em razão da necessidade de aquisição, transporte, armazenamento e aplicação dos produtos químicos. No entanto, é a opção mais indicada nas indústrias que geram resíduos líquidos tóxicos, inorgânicos ou orgânicos não biodegradáveis.

Normalmente, o tratamento biológico é menos dispendioso, baseando-se na ação metabólica de microrganismos, especialmente bactérias, que estabilizam o material orgânico biodegradável em reatores compactos e com ambiente controlado. No ambiente aeróbio são utilizados equipamentos eletro-mecânicos para fornecimento de oxigênio utilizado pelos microrganismos, o que não é preciso quando o tratamento ocorre em ambiente anaeróbio.

Apesar da maior eficiência dos processos aeróbios em relação aos processos anaeróbios, o consumo de energia elétrica, o maior número de unidades, a maior produção de lodo e a operação mais trabalhosa justificam, cada vez mais, a utilização de processos anaeróbios. Assim, em algumas estações de tratamento de resíduos líquidos industriais estão sendo implantadas as seguintes combinações:

a) unidades anaeróbias seguidas por unidades aeróbias;

b) unidades anaeróbias seguidas de unidades físico-químicas.

2.1 Operações de tratamento físico-químico:

a) Oxidação de cianetos - Para eliminar os cianetos presentes nos efluentes, há a necessidade de previamente oxidá-los pela ação de oxidantes fortes, como o hipoclorito de sódio, em meio alcalino, que se pode obter através da adição de soda cáustica.

b) Redução de cromo hexavalente - Este processo é efetuado por adição de um agente redutor, como o bissulfito de sódio, num meio ácido, como o ácido sulfúrico, necessário para se dar a reação.

c) Homogeneização e Neutralização - Nesta etapa procede-se à homogeneização dos diferentes tipos de efluentes e ao ajuste de pH de forma a serem criadas as condições necessárias à precipitação dos metais pesados. Normalmente, dão entrada nesta operação os efluentes da

linha de oxidação de cianetos, de redução de cromo e restantes efluentes, ácidos e alcalinos, com metais pesados.

d) Floculação - Nesta operação adiciona-se ao efluente homogeneizado uma substância floculante para que assim se verifique a aglutinação dos flocos de menores dimensões de forma a ficarem mais densos e com maior velocidade de sedimentação.

e) Decantação - É nesta fase que se dá a separação dos flocos sólidos em suspensão que se formaram na fase anterior, por sedimentação, num decantador de tipo lamelar.

f) Desidratação mecânica - Por este processo, consegue-se uma lama desidratada com uma percentagem de humidade em torno dos 35%. Para tal, pode recorrer-se a filtros banda por placas. As lamas com origem nesta operação, são recolhidas em recipientes tipo bigbig-bag, sendo levados para uma zona de armazenagem temporária de lamas.

3. Operações unitárias, processos e sistemas de tratamento

Os tratamentos do tipo físico-químico aplicam-se na depuração de águas residuárias geradas, normalmente, pelos processos de tratamento de superfícies e podem ser agrupados nos seguintes processos:

. Operações de óxido-redução

- Redução de Cr VI

- Oxidação de ions ferrosos, cianetos e matéria orgânica.

. Operações de neutralização e precipitação

- Hidróxidos metálicos

- Sulfatos, fosfatos e fluoretos

. Operações de floculação e decantação

. Operações de desidratação de lamas

3.1 Objetivos do tratamento físico-químico

- Recuperação de algumas substâncias;

- Recuperação de metais pesados por precipitação química;

- Diminuir a perigosidade e a toxicidade;

- Oxidação de cianetos obtendo cianatos;

- Redução do Cromo (VI) para Cromo (III).

3.2 Substâncias susceptíveis de sofrer tratamento físico-químico

- Ácidos e bases;

- Resíduos contendo metais pesados (Fe, Cu, Ni, Cr, Zn, Pb);

- Resíduos contendo cianetos (CN).

Os resíduos que necessitam sofrer este tipo de tratamento físico-químico são originados por empresas que fazem o tratamento de superfície, tal como as cromagens, pinturas, latonagens, zincagens, etc.

O tratamento de superfície consiste num tratamento químico que utiliza produtos químicos que são nocivos e agressivos para a natureza como por exemplo os banhos tóxicos, que podem conter ácidos, cromo (VI) e/ou cianetos.

O próprio tratamento físico-químico origina lamas com metais pesados que têm que ser enviadas para aterros controlados para resíduos industriais perigosos.

Infelizmente, existe ainda um número considerável de empresas que continuam a despejar, de uma forma irresponsável , resíduos classificados como perigosos para o solo e/ou para a água sem sofrerem o adequado tratamento físico.

A figura abaixo representa uma Estação de Tratamento de Efluentes (ETE) de processo físico-químico.

4. Tratamento de Esgotos

Os processo biológicos foram concebidos para serem aplicados na remoção de material orgânico carbonáceo, geralmente medido em termos de Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) ou Demanda Química de Oxigênio (DQO), nitrificação, denitrificação, remoção de fósforo e estabilização do lodo gerado no sistema primário e secundário. Podendo-se assim corrigir as características indesejáveis dos esgotos propiciando a sua disposição final de acordo com as regras e critérios definidos pela legislação para proteger o meio ambiente.

4.1. Primórdios do tratamento de esgotos

O tratamento de esgotos convencional é a combinação de processos físicos e biológicos projetados para remover o material orgânico presente nos despejos. O primeiro método utilizado para tratar esgotos foi a sedimentação e os tanques sépticos através do sistema batizado como Tanques de Imhoff. Esse sistema contava com dois tanques de acumulação que possuíam uma zona de decantação na parte superior e uma zona de digestão na parte inferior.

A sedimentação primária de esgotos domésticos tinha uma eficiência limitada, pois apenas uma pequena parte da matéria orgânica é sedimentável. Assim iniciou-se o tratamento secundário pela adição de coagulantes para melhorar a sedimentabilidade do esgoto. Esse processo melhorou bastante o tratamento, porém a dosagem de grandes quantidade de produtos químicos resultaram em altos custos e os substratos orgânicos solúveis não eram removidos. A observação de que a passagem lenta de esgoto através de uma camada de pedras reduziam rapidamente o material orgânico, foi o primeiro ensaio de tratamento de esgotos a nível secundário. Este processo foi chamado de filtro biológico e foi desenvolvido para instalações municipais em 1910.

O segundo maior avanço no tratamento biológico se deu quando foi observado que os sólidos biológicos, desenvolvidos em águas poluídas floculavam como colóides orgânicos. Essa massa microbiológica, denominada de lodo ativado, rapidamente metabolizava os poluentes da solução e podiam ser subseqüentemente removidos pela sedimentação por gravidade, assim o processo de lodo ativado começou a se desenvolver em 1914 na Inglaterra pelos pesquisadores Ardern e Lockett, a primeira ETE foi a de Salford com capacidade para tratar 303 m3/d.Em 1916

foi inaugurada nos Estados Unidos a ETE San Marcos, localizada no Texas, com capacidade para tratar 454 m3/d; dez anos depois, em 1927, a ETE de Chicago North, também nos Estados Unidos consagra o processo de lodos ativados tratando 7,5 m3/s.

5. O Sistema de Tratamento de Esgotos

Atualmente existem diversas variantes de tratamento de esgotos incluindo o tratamento primário, industrial visando a remoção de poluentes específicos, o tratamento secundário e o terciário.

O tratamento secundário pode ser esquematizado como segue:

A etapa preliminar de tratamento incluem o gradeamento para remover sólidos grosseiros e a remoção de areia para proteger os equipamentos mecânicos. O tratamento primário remove o material orgânico sedimentável, o substrato solúvel é enviado para os tanques de aeração onde os microrganismos o utilizarão para obter energia e sintetizar novas células.

A massa proveniente do tanque de aeração é enviada para os decantadores secundários, onde será separada. O sobrenadante depurado é enviado para o corpo receptor e uma parte da massa ativa retorna aos tanques de aeração e a outra parte é descartada para ser tratada nos digestores anaeróbios.

Os digestores anaeróbios são utilizados para estabilizar o lodo (primário + secundário) antes da prensagem e disposição final. Esse processo típico de tratamento secundário é efetivo para remover o substrato orgânico contido nos esgotos, compreendendo a remoção dos sólidos suspensos e a DBO. Sais dissolvidos e outros poluentes refratários são removidos em pequena quantidade. No efluente final fica remanescente cerca de 50% de sólidos totais voláteis, 70% de nitrogênio total e 70% de fósforo total.

6. Sistemas de lodos ativados convencional

Existem diversas variantes do processo e lodos ativados, a distinção entre os processos é verificada somente através das variáveis de processo tais como tempo de retenção celular e fator alimento/microrganismo.

Os sistemas de lodos ativados convencional necessitam ainda uma etapa preliminar de tratamento, o decantador primário que é utilizado para remover os sólidos sedimentáveis dos esgotos, reduzindo assim a carga orgânica que irá para os tanques de aeração.

7. Substâncias orgânicas nos esgotos

O substrato orgânico nos esgotos é a fonte de energia para os microrganismos e são divididos em três grandes categorias:

. proteínas (40 - 60%);

. carboidratos (25 - 50%);

. gorduras (10%).

Além dessas substâncias encontra-se nos esgotos pequenas quantidades de um número muito grande de moléculas sintéticas orgânicas compreendendo desde as estruturas mais simples até as mais complexas. A presença dessas substâncias tem nos últimos anos, complicado o sistema de tratamento de esgotos, pois muitos desses compostos não podem ser ou são muito lentamente decompostos biologicamente. Para um esgoto de concentração média, aproximadamente 75% dos sólidos suspensos e 40% dos sólidos filtráveis são de natureza orgânica. Esses sólidos são derivados dos reinos animais e vegetais e atividades do homem em relação à síntese de compostos orgânicos.

8. Assimilação da matéria orgânica

A maioria dos carboidratos, proteínas e gorduras presentes nos esgotos estão na forma de grandes moléculas que não podem penetrar na membrana celular dos microrganismos.

O primeiro passo para a decomposição do composto orgânico pelas bactérias é a hidrólise dos carboidratos em açúcar solúvel, das proteínas em aminoácidos e gorduras em ácidos graxos de cadeia curta.

Na degradação aeróbia o composto orgânico é convertido em gás carbônico e água. Na digestão anaeróbia, os produtos finais são ácidos orgânicos, álcoois, gás carbônico, metano e gás sulfídrico. De toda a matéria orgânica presente nos esgotos, 60% a 80% é rapidamente assimilada para a biodegradação. Muitos compostos orgânicos, como a celulose, hidrocarbonetos de cadeia saturada longa e outros compostos complexos são considerados não biodegradáveis pois necessitam de um tempo muito longo para serem assimilados.

Derivados de petróleo, detergentes, pesticidas e outros compostos orgânicos sintéticos também são resistentes a biodegradação e alguns são tóxicos e inibem a atividade dos microrganismos nos processos de tratamento biológicos. Os microrganismos realizam a decomposição da matéria orgânica através de enzimas. As enzimas são proteínas que agem como catalisadores, existem enzimas que atuam externamente (extracelular) e outras que atuam internamente (intracelular). A ação das enzimas são afetadas pelas condições ambientais como pH, temperatura e concentração do substrato.

9. Impacto Ambiental

Na implantação e operação de indústrias, é importante considerar que a utilização das potencialidades advindas dos recursos hídricos (energia, transporte, matéria-prima etc.) é um benefício inquestionável e único, mas precisa ser acompanhada do uso racional da água, sendo por isso, fundamentais a redução e o controle do lançamento de efluentes industriais no meio ambiente, como uma das formas de cooperação e participação no desenvolvimento sustentável. Cabe ao setor industrial a responsabilidade de minimizar ou evitar que o processo produtivo acarrete em impactos ambientais.

O lançamento indevido de efluentes industriais de diferentes fontes ocasiona modificações nas características do solo e da água, podendo poluir ou contaminar o meio ambiente. A poluição ocorre quando esses efluentes modificam o aspecto estético, a composição ou a forma do meio físico, enquanto o meio é considerado contaminado quando existir a mínima ameaça à saúde de homens, plantas e animais.

10. Prinicipais Equipamentos

10.1. ABRANDADORES E DEIONIZADORES:

Dureza é uma característica conferida à água devido presença de íons metálicos, principalmente os de Cálcio e Magnésio, produzindo as chamadas incrustações. Os Abrandadores são equipamentos utilizados para remoção da dureza no tratamento de água para caldeiras, operam com resinas de troca iônica e possuem baixo custo de manutenção pois necessitam de apenas sal grosso para regeneração da resina.

As resinas utilizadas neste processo de troca iônica, são grânulos sintéticos, com tamanho efetivo de 0,5 mm, microporosos, que recebem uma solução de salmoura a 10%.

A água de alimentação deve ser pré-tratada e se proveniente de poço artesiano, filtrada antes de entrar no equipamento.Caso seja clorada,deve-se colocar um filtro de carvão ativado para remover o cloro residual, que é nocivo às resinas reduzindo sua vida útil que é estimada em 3 anos.

10.2. FILTROS DE CARVÃO

São utilizados para tratamento de água onde se deseja a remoção do cloro e em alguns processos industriais. São dimensionados de acordo com a vazão de água a ser tratada e o processo industrial ao qual foi destinado.

10.3. FILTROS CENTRAIS

São utilizados para melhorar a qualidade da água da rede publica, geralmente são instalados no cavalete, na entrada de água e podem ser utilizados para escolas, hotéis, hospitais, residências, condomínios, entre outros.

Tabela de Filtros centrais

10.4. FILTROS DE AREIA

Utilizados para clarificação da água, retém o particulado mais grosso, como: barro, folhas, lodo, entre outras impurezas. São muito aplicados em sistemas de tratamento de água como: abrandamento, deionização, ETA´s. A alimentação é realizada pela parte superior, distribuindo-se uniformemente através dos difusores por toda a área filtrante no sentido descendente. Fabricados em aço inox ou aço carbono, com revestimento interno e dimensionados de acordo com a vazão requerida.

10.5. DISPERSOR MISTURADOR

Utilizados para melhorar a homogenização dos produtos químicos. Geralmente são utilizados em estações de grande porte, seja para ETA ou ETE.

10.6. ELEMENTOS FILTRANTES

Cartuchos para todas as finalidades, desde retenção de impurezas sólidas presentes na água até cartuchos com resinas.

10.7. SISTEMAS PARA CLORAÇÃO E POLIMENTO

São sistemas projetados para tratamento de águas que não possuem contaminação e requerem apenas cloração para proteção contra contaminação bacteriológica através do cloro e polimento através de filtro de areia.

10.8. SISTEMAS PARA REMOÇÃO DE FERRO

Utilizados para tratamento de água com concentrações de ferro e manganês em água potável. O ferro e o manganês conferem sabor desagradável e causam manchas em roupas lavadas e superfícies de porcelana. A concentração de Ferro interfere na turbidez e cor da água.

São projetados a partir da análise de água e da vazão de água do poço artesiano.

10.9. OUTROS ACESSÓRIOS:

• Rotâmetros - Muito utilizado em sistemas de desmineralização para controlar a vazão da regeneração de resinas;

• Manômetros - equipamento utilizado para controle da pressão em sistemas de tratamento de água;

10.10. MATERIAIS FILTRANTES:

• Areia especial - classificada e tratada com granulometrias diferenciadas de 3/4" a 0,5 mm. São utilizadas em sistemas de pré-tratamento para eliminação de cor e turbidez;

• Pedregulho e pedrisco especial classificado e tratado nas granulometrias abaixo:

3/4" a 1/2” 1/2" a 1/4" 1/4" a 1/8”

• Carvão antracito - Substitui a areia e possui maior índice de eficácia;

• Carvão ativado - casca de côco utilizada em sistemas de desmineralização de água, elimina com eficiência o cloro presente na água;

• Resinas de troca iônica - utilizadas para sistemas de abrandamento e desmineralização de água. Resina Catiônica e Aniônica;

• Quartzo branco - material purificador utilizado em filtros centrais para tratamento de águas que já têm um pré-tratamento.

AR COMPRIMIDO

Nos diversos processos industriais, os sistemas de ar comprimido desempenham papel fundamental na produção e representam parcela expressiva do consumo energético da instalação. Entretanto, nem sempre estas instalações recebem os cuidados devidos, passando a ser uma fonte constante de desperdícios.

1 – Instalações Um sistema de ar comprimido corretamente projetado irá proporcionar maior confiabilidade

e eficiência nas ferramentas pneumáticas, bem como diminuirá os custos com energia. Esse sistema compreende três componentes principais: o compressor, a rede de

distribuição e os pontos de consumo.

1.1- Compressor

O compressor é basicamente um equipamento eletro -mecânico, capaz de captar o ar que está no meio ambiente e armazena–lo sob alta pressão num reservatório próprio do mesmo, ou seja, eles são utilizados para proporcionar a elevação da pressão do ar.

Vários fatores influenciam a escolha de um compressor: vazão, pressão e qualidade requerida do ar.

A questão referente a qualidade do ar é muito importante e envolve: a) impurezas sob a forma de partículas sólidas, poeira ou ferrugem; b) água; c) óleo (proveniente da lubrificação) Cada equipamento que consome ar comprimido possui suas exigências específicas quanto a qualidade do ar. Essas exigências devem ser atendidas para que o equipamento possa ter um desempenho adequado.

Abaixo temos uma classificação de compressores com relação a sua utilização:

a) Compressores de Ar para Serviços Ordinários: Os compressores de ar para serviços ordinários são fabricados em série, visando baixo

custo inicial. Destinam - se normalmente a serviços de jateamento, limpeza, pintura, acionamento de pequenas máquinas pneumáticas, etc. b) Compressores de Ar para Sistemas Industriais:

Os compressores de ar para sistemas industriais destinam-se às centrais encarregadas do suprimento de ar em unidades industriais. Embora possam chegar a ser máquinas de grande porte e custo aquisitivo e operacional elevados, são oferecidos em padrões básicos pelos fabricantes. Isso é possível porque as condições de operação dessas máquinas costumam variar pouco de um sistema para outro, há exceção talvez da vazão. c) Compressores de Gás ou de Processo:

Os compressores de gás ou de processo podem ser requeridos para as mais variadas condições de operação, de modo que toda a sua sistemática de especificação, projeto, operação, manutenção, etc... depende fundamentalmente da aplicação. Incluem-se nessa categoria certos sistemas de compressão de ar com características anormais. Como exemplo, citamos o soprador de ar do forno de craqueamento catalítico das refinarias de petróleo ("blower do F.C.C."). Trata-se de uma máquina de enorme vazão e potência, que exige uma concepção análoga à de um compressor de gás.

d) Compressores de Refrigeração: Os compressores de refrigeração são máquinas desenvolvidas por certos fabricantes com

vistas a essa aplicação. Operam com fluidos bastante específicos e em condições de sucção e descarga pouco variáveis, possibilitando a produção em série e até mesmo o fornecimento incluindo todos os demais equipamentos do sistema de refrigeração.

Para assegurar a operação confiável do compressor, o ar aspirado deve ser limpo e não conter poeira, fuligem ou partículas sólidas, pois caso contrário, esses poluentes ficarão em suspensão no óleo lubrificante ocasionando desgaste excessivo dos cilindros, anéis dos pistões, mancais, etc. e conseqüentemente aumentando os custos de manutenção. Assim, deve-se evitar que a casa dos compressores fique localizada perto de chaminés, caldeiras, fornos ou equipamentos de jatos de areia. Sua localização ideal é próxima dos principais pontos de consumo do ar, visando redução no custo da tubulação e menor perda de pressão.

Outro aspecto importante para assegurar a aspiração de um ar limpo é a instalação no compressor de um filtro de admissão de ar (no mínimo a 2 metros acima do solo e 2,5 metros de distância de qualquer parede). Devem ser instalados diretamente na entrada do compressor.

Em linhas de aspiração muito longas, poderá haver condensação de água e nesse caso, aconselha-se o uso de separadores de umidade antes do cilindro. No caso de várias máquinas deve-se usar de preferência, um duto para cada uma.

Em relação a tubulação de descarga do ar, esta deve ser de diâmetro igual ou superior ao da saída do compressor e ser a mais curta possível até o resfriador posterior ou ao reservatório pulmão.

São dois os princípios em que se baseiam os compressores de uso industrial:

a) Compressores Volumétricos: Nos compressores volumétricos ou de deslocamento positivo, a elevação de pressão é

conseguida através da redução do volume ocupado pelo gás. Na operação dessas máquinas podem ser identificadas diversas fases, que constituem o ciclo de funcionamento: inicialmente, uma certa quantidade de gás é admitida no interior de uma câmara de compressão, que então é cerrada e sofre redução de volume. Finalmente, a câmara é aberta e o gás liberado para consumo. Trata-se, pois, de um processo intermitente, no qual a compressão propriamente dita é efetuada em sistema fechado, isto é, sem qualquer contato com a sucção e a descarga. Conforme iremos constatar logo adiante, pode haver algumas diferenças entre os ciclos de funcionamento das máquinas dessa espécie, em função das características específicas de cada uma.

b) Compressores Dinâmicos: Os compressores dinâmicos ou turbocompressores possuem dois órgãos principais:

impelidor e difusor. O impelidor é um órgão rotativo munido de pás que transfere ao ar a energia recebida de um acionador. Essa transferência de energia se faz em parte na forma cinética e em outra parte na forma de entalpia. Posteriormente, o escoamento estabelecido no impelidor é recebido por um órgão fixo denominado difusor, cuja função é promover a transformação da energia cinética do ar em entalpia, com conseqüente ganho de pressão. Os compressores dinâmicos efetuam o processo de compressão de maneira contínua, e, portanto corresponde exatamente ao que se denomina, em termodinâmica, um volume de controle.

Os compressores de maior uso na indústria são os alternativos, os de palhetas, os de fuso rosqueado, os de lóbulos, os centrífugos e os axiais.

1.1.1 - Tipos de Compressores

Compressores de Êmbolo:

a) Compressor de Pistão – este compressor contém um êmbolo que produz movimento linear. Ele é apropriado para todos os tipos de pressões. Alguns tipos de Compressores de Pistão precisam de um sistema de refrigeração para a eliminação do calor gerado.

b) Compressor de Membrana – ele é parecido com de pistão, mas o ar não entra em contato com as partes móveis, pois ele é separado por uma membrana, assim o ar não é contaminado com os resíduos do óleo. Estes compressores são utilizados nas indústrias alimentícias, farmacêuticas e químicas.

O eixo de manivelas (A) do compressor é essencialmente uma bomba hidráulica.

O pistão (1) se move no cilindro (2) e pulsa o fluido hidráulico no cabeçote (B), produzindo um movimento oscilatório do grupo do diafragma (8).

O grupo do diafragma consiste de três diafragmas presos e vedados na periferia entre a placa de gás e a placa de orifício.

A placa de orifício ou de sulcos (4) tem o papel de distribuir o fluido hidráulico uniformemente sob o diafragma e a placa de gás (5) contém as válvulas de retenção de aspiração (6) e descarga (7). Estas duas placas têm um contorno especial nas suas faces internas e o seu conjunto montado forma a câmara do compressor. O seu perfil é cuidadosamente projetado de modo a minimizar as tensões no diafragma.

Uma bomba a pistão chamada de bomba de compensação trabalha através de um excêntrico montado no eixo de manivelas. A cada curso do pistão, um excesso de fluido hidráulico é injetado na câmara de óleo, compensando qualquer vazamento em volta do pistão e garantindo que o diafragma (8) faz contato pleno com a placa de gás.(5). O volume da folga é assim reduzido ao mínimo. O excesso de fluido hidráulico introduzido pela bomba de compensação escapa através de uma válvula de alívio ajustável chamada de limitador de pressão (3) e retorna para o cárter.

Compressores Rotativos: a) Compressor Rotativo Multicelular – em um compartimento cilíndrico, com abertura de entrada e saída, gira um rotor com palhetas que está alojado excentricamente. Devido à excentricidade do rotor, há uma diminuição no tamanho dos compartimentos, assim, gerando uma certa pressão. Esse compressor tem a vantagem de manter a pressão contínua, livre de qualquer pulsação e com baixo ruído devido ao seu funcionamento.

b) Compressor Duplo Parafuso (Dois Eixos) – dois parafusos helicoidais, os quais, pelos perfis côncavo e convexo comprimem o ar, que é conduzido axialmente.

c) Compressor Tipo Roots – nesse tipo de compressor o ar é transportado de um lado para o outro sem alteração do volume. A compressão é feita no lado da pressão pelos cantos do êmbolos.

Turbo Compressores

a) Compressor Axial – a compressão é feita pela aceleração do ar aspirado, ele se baseia na energia de movimento que é transformada em energia de pressão. Os turbo compressores são destinados para o funcionamento onde existe grande vazão.

b) Compressor Radial – o ar é impelido para as paredes da câmara e posteriormente em direção ao eixo e daí no sentido radial para outra câmara sucessivamente em direção à saída.

Um compressor de ar deve ter necessariamente um sistema de regulagem de capacidade de tal ordem que adapte sua produção as condições de consumo.

Os tipos básicos para compressores de deslocamento positivo são: a) Parada e partida

O motor elétrico que aciona o compressor é desligado quando a pressão do reservatório atinge um determinado valor. Geralmente utilizado em compressores pequenos e serviço intermitente. b) Velocidade constante

O motor elétrico que aciona o compressor permanece sempre ligado. Quando a pressão do reservatório atinge determinado valor pré-fixado, a válvula de aspiração será deslocada e permanecerá aberta. A partir desse momento, todo ar aspirado será descarregado pela válvula.

c) Duplo controle Permite operar o compressor dos dois modos (Parada/Partida e Velocidade Constante) por

intermédio de uma chave seletora. Recomendada para casos de consumo irregular com picos de demanda por um certo período e longos períodos de pouca ou nenhuma utilização de ar comprimido.

Atualmente os sistemas de controle dos compressores utilizam a tecnologia dos inversores de freqüência. Desse modo, a velocidade do motor elétrico é continuamente ajustada dependendo da demanda de ar, resultando em considerável economia de energia. Isso elimina a necessidade de alterar o controle para "partida" e "parada" ou então promover uma atuação na válvula de sucção.

1.1.1.1 – Resfriador Posterior

O ar aspirado pelo compressor contém um determinado teor de umidade. Posteriormente, a medida em que o ar comprimido se resfriar na linha de distribuição, a umidade se condensará na tubulação, provocando corrosão, além de ser extremamente indesejável em certas aplicações como a pintura, transporte pneumático e na vida útil das ferramentas. Desse modo, após a compressão, torna-se necessário reter o vapor d’água existente no ar. Isso será feito no resfriador posterior que reduzirá a temperatura do ar comprimido a uma temperatura inferior a da linha de distribuição e conseqüentemente condensará esse vapor d’água. Junto a esse resfriador existirá um separador de condensado onde a umidade do ar será retirada manual ou automaticamente.

O melhor local para o resfriamento é diretamente junto ao orifício de saída do ar. O sistema mais simples para os resfriadores posteriores é o de casco e tubos, onde o ar passa através dos tubos em sentido contrário ao percorrido pela água (a queda de pressão em um resfriador posterior é relativamente pequena).

1.1.1.2 - Reservatório Pulmão

Uma instalação de ar comprimido é normalmente equipada com um ou mais reservatórios de ar que têm pôr funções: armazenar o ar comprimido para consumo; equalizar as pressões das linhas de consumo; eliminar umidade do ar. Sua capacidade deve ser de 6 a 10 vezes a capacidade do compressor pôr segundo. Deve ser instalado fora da casa dos compressores e

preferencialmente na sombra. Todo reservatório deve possuir válvulas de segurança, manômetro e termômetro.

Outra questão é que os resfriadores posteriores e separadores de condensado, obtém uma eficiência na retenção da umidade em torno de 80-90%. O restante acompanha o ar comprimido até o reservatório, onde a velocidade é consideravelmente reduzida fazendo com que a maior parte dos condensados residuais deposite-se sobre as paredes e escorra para o fundo deste. Assim é muito importante a existência de uma tubulação de dreno na parte mais baixa do reservatório a fim de permitir a retirada dessa água (aproximadamente 5% da umidade é retida neste estágio).

1.1.1.3 - Secadores de ar

Consiste no terceiro estágio da separação da umidade contida no ar comprimido. Sua finalidade é manter o ponto de orvalho do ar, na pressão de saída do sistema, 10ºC abaixo da mínima temperatura do ambiente onde estão os instrumentos. Sua utilização é necessária quando um ar de altíssima qualidade é requerido (instrumentação). Os secadores podem ser por refrigeração ou com agentes secantes.

1.2 – Rede de Distribuição

Para determinar-se o melhor traçado da tubulação é necessário conhecer a localização dos principais pontos de consumo, assim como os pontos isolados.

O tipo de rede a ser empregada (aberta ou fechada) deve ser analisado. Em alguns casos pode ser adequado um circuito fechado em anel. Outras situações podem exigir uma combinação de anéis e linhas diretas ou ainda somente uma linha direta pode ser suficiente.

A grande vantagem do circuito fechado é que se ocorrer um grande consumo inesperado de ar em qualquer linha, o ar pode ser fornecido de duas direções, diminuindo a queda de

pressão. Mesmo com todos os dispositivos de eliminação da umidade (já vistos), a tubulação nunca estará isenta do mesmo. Poços de drenagem (com purgadores) devem ser instalados ao longo da linha a fim de recolher o condensado formado. Recomenda-se que estes poços tenham diâmetro igual ao da linha e fiquem no máximo a 40 metros de distância entre si. Sempre que possível às tubulações devem ser inclinadas no sentido do fluxo, em pelo menos 5% para facilitar a drenagem e diminuir a perda de carga.

As tomadas de ar devem ser feitas sempre pela parte superior da tubulação, assegurando assim fornecimento de ar de melhor qualidade ao equipamento.

1.2.1 – Acessórios

Definido o lay-out da rede principal, os ramais e as linhas de serviço aos pontos de consumo se definem os acessórios necessários.

a) Filtro comum Para eliminação das partículas que contaminam o ar comprimido (poeiras, umidade, óleo)

e que não foram eliminadas pelos separadores da rede. b) Filtro coalescente

Sua principal característica é a grande eficiência na retirada do óleo contido no ar. A coalescência consiste na coleta de finas partículas em suspensão nos gases, através da coesão entre elas, formando partículas maiores que são mais facilmente removíveis.

c) Reguladores de pressão Muitas das operações devem ser realizadas a uma pressão menor que a da linha de

alimentação. Para tanto, usam-se reguladores para adequar a pressão a um valor desejado. São usadas válvulas de ação direta (recomendadas para redução de pressão de um só equipamento, e em aplicações sem grandes variações de fluxo) e válvulas de duplo diafragma (recomendadas para fornecimento de ar à vários equipamentos).

d) Lubrificadores Quando se usa o ar para acionar motores, cilindros, válvulas, etc. é necessário instalar um

lubrificador. Os elementos lubrificantes reduzem o atrito e consistem basicamente de um depósito de óleo que tenha sido desenhado de tal maneira que, quando o ar circula pôr ele, uma quantidade de óleo transforma-se em neblina. O óleo conduzido pela corrente de ar, lubrifica as partes móveis do equipamento acoplado. Devem ser evitados óleos com aditivos, pois o óleo é eliminado sob a forma de vapor, através de válvulas de exaustão de equipamentos pneumáticos, sendo, portanto, tóxicos.

e) Purgadores Eliminador automático da água que se acumula nas diferentes partes da instalação de ar

comprimido. O mais indicado é do tipo eliminador de bóia, que abre somente para descarregar a água, fechando hermeticamente após a sua eliminação.

f) Separadores de umidade Os purgadores se encarregam de descarregar a água acumulada no fundo do tubo

principal ou em qualquer ponto da instalação; nada pode fazer com relação a neblina de gotículas de água que podem estar suspensa no ar. Os separadores de umidade cumprem esta missão.

g) Mangueiras Ferramentas pneumáticas e outros dispositivos acionados a ar comprimido são em geral

ligados à rede de ar através de mangueiras. Essas mangueiras devem ser leves, flexíveis e suportar a pressão do ar (4 a 5 vezes a pressão máxima de trabalho) e resistir as intempéries. É formada pôr uma camada externa de borracha, uma camada intermediária de lona e uma camada interna bastante lisa a fim de apresentar a mínima resistência possível para o ar. Mangueiras de 1” ou mais devem ser preferencialmente ser fixadas no solo.

h) Engates rápidos As mangueiras são ligadas à rede e as ferramentas através de engates de acoplamento.

Quando a mangueira fica perfeitamente ligada à ferramenta, emprega-se com freqüência o engate tipo rosca. O engate de garras é muito empregado e oferece grande possibilidade de combinação visto que as garras são de igual tamanho para vários diâmetros da tubulação ou mangueira.

2) Conseqüências de um Sistema Ineficiente Um sistema de ar comprimido ineficiente poderá acarretar um aumento significativo nos

custos de operação. Os prejuízos resultantes dessa situação decorrem de uma baixa pressão de trabalho, aumento do ciclo de operação dos equipamentos, baixa qualidade do ar e vazamentos.

2.1– Vazamentos Os vazamentos merecem uma atenção especial, pois desperdiçam grande quantidade de

energia. Na prática é impossível eliminar totalmente os vazamentos de um sistema, no entanto ele não deve exceder a 5% da capacidade instalada.

As tabelas a seguir apresentam o desperdício de energia provocado por vazamentos.

A metodologia apresentada abaixo, mostra como realizar uma medição quantitativa de vazamentos (controle tipo parada e partida e velocidade constante):

a) Tomar um compressor com capacidade conhecida. Se existir mais de um, escolher, um com capacidade aproximada de 20% da capacidade total instalada. b) Todos os pontos de consumo de ar devem estar conectados normalmente, mas não em operação. c) A entrada em carga e alívio do compressor deve ser feita manualmente. d) São necessários dois cronômetros. e) Os níveis de pressão de carga e alívio são determinados pôr exemplo: carga : 6,5 bar e alívio : 7,0 bar f) Colocar o compressor em carga até a pressão atingir 7,0 bar. Pôr em alívio e acionar o cronômetro nº1 (mantê-lo em funcionamento durante todo o teste - T). g) Quando a pressão baixar para 6,5 bar, colocar o compressor em carga novamente e acionar o cronômetro nº2 (mantê-lo em funcionamento enquanto o compressor estiver carregando - t). h) repetir o teste cinco vezes. i) quando a pressão atingir novamente 7,0 bar no ciclo final, paralisar ambos os cronômetros.

Vazamentos = Q * t / T, onde: Q => capacidade do compressor T => tempo em carga do cronômetro nº2 T => tempo total do cronômetro nº1

2.2– Temperatura do ar A temperatura de sucção do ar que será aspirado pelo compressor é um aspecto muito

importante, pois quanto mais quente o ar, menor o rendimento da instalação.

Para cada 4ºC de acréscimo na temperatura do ar aspirado, o compressor consumirá 1% a mais de potência para entregar o ar nas mesmas condições.

Este aumento de temperatura diminui a massa específica do ar (massa de ar contida uma unidade de volume) em cerca de 1%, resultando também 1% a mais no volume. Para satisfazer essa condição é necessário captar o ar fora da casa dos compressores. Exemplos:

A 15ºC a massa específica do ar é 1,225 Kg/m3 A 30º C a massa específica do ar é 1,164 Kg/m3 (- 5%)

2.3– Tubulação de admissão de ar A tubulação de aspiração de ar deve ser projetada de maneira a ter o mínimo comprimento

e o menor número de curvas possível a fim de minimizar a perda de carga.

Para cada 25 mbar de perda de carga na aspiração o rendimento do compressor irá cair 2%.

2.4– Capacidade de ar necessária É de fundamental importância o conhecimento da quantidade exata de ar necessária para

todos os equipamentos pneumáticos existentes. Uma estimativa abaixo dessa capacidade resultará em pressões inadequadas nos pontos de consumo e estimativas muito altas acarretarão grande investimento inicial e baixa eficiência do sistema.

A maioria dos equipamentos pneumáticos opera a 6 bar de pressão manométrica. Para se conseguir esse nível de pressão no equipamento final é necessário um cuidadoso cálculo para se determinar a pressão de trabalho do compressor.

Devemos ter uma pressão de ar suficiente nos pontos de consumo. A pressão do ar exerce uma influencia muito grande no desempenho das ferramentas pneumáticas. Uma pressão de trabalho muito baixa, diminui a potência dessas ferramentas, resultando aumento no tempo de operação e conseqüentemente aumentando os custos de produção. Uma das causas da baixa pressão nos locais de consumo pode ser a produção de uma quantidade insuficiente de ar comprimido (é comum acrescentar novas ferramentas a uma linha já existente, sem verificar se isso afeta o desempenho do sistema).

Para evitarmos isso, devemos sempre ter um compressor de capacidade adequada a fim de manter a pressão nos pontos de consumo. Um sistema sobrecarregado, trabalhando além da capacidade original provocará uma baixa pressão nos locais de consumo.

Para obtenção da carga máxima do compressor será necessário somar o consumo total de todos os equipamentos consumidores existentes (em litros/s). A carga média do compressor é obtida multiplicando-se o consumo total de ar pelo fator de utilização (tempo estimado de trabalho de cada ferramenta durante uma hora).

Convém admitir uma tolerância de 10 a 15% da capacidade do compressor devido aos vazamentos e estimar o aumento da capacidade do sistema para futuras expansões também entre 10 a 15% ao ano.

2.5– Tipo de Controle do Compressor O sistema mais indicado para racionalizar o consumo de energia é através da utilização

dos inversores de freqüência, pois desse modo o trabalho do compressor é ajustado em função da demanda de ar.

2.6 – Manutenção do Compressor Os custos operacionais são afetados diretamente pela eficiência de um sistema de

manutenção. Uma manutenção adequada evita paradas de emergência aumentando a disponibilidade do equipamento para a operação.

CALDEIRAS

1. Sistemas Geradores de Vapor

No início do século XVIII surgiram as primeiras máquinas destinadas a gerar vapor. A necessidade de se encontrar uma fonte de calor, que substituísse os inconvenientes apresentados pela queima direta do carvão, estimulou o desenvolvimento das unidades geradoras de vapor. A questão principal era captar a energia liberada pelo combustível numa unidade central e distribuí-la aos pontos de consumo da empresa. Atualmente, o vapor d’água é indispensável em diversos setores industriais.

A aplicação do vapor produzido em um gerador de vapor é bastante abrangente, atendendo necessidades diversas e podendo ser empregado em indústrias de bebidas e conexos, madeireiras, químicas, têxtil, metalúrgicas, de papel, de doces em geral, de vulcanização e recauchutagem, de petróleo e seus derivados, de laticínios, frigoríficos, curtumes, hospitais, hotéis e similares. O equipamento utilizado para a geração de vapor pode ser entendido como um trocador de calor complexo, que produz vapor mediante a transferência da energia de uma fonte térmica a um fluido, que normalmente é a água, estando constituído por diversos equipamentos associados e perfeitamente integrados para permitir a obtenção de um maior rendimento térmico possível. Para aproveitar melhor a energia liberada pela queima de um determinado tipo de combustível, as unidades geradoras de vapor são construídas de acordo com normas ou códigos vigentes no país.

Classifica-se o esquema genérico de um gerador de vapor em três setores distintos:

a) Seção pré-caldeira: inclui todos os equipamentos e tubulações destinadas ao acondicionamento da água antes da sua entrada na caldeira; b) Caldeira: é responsável, pela geração de vapor pelo sistema; c) Seção pós-caldeira: inclui todos os equipamentos e tubulações após a caldeira, com exceção do aquecedor-desaerador.

Os geradores de vapor ou qualquer aparelho de vaporização são caracterizados pelos seguintes elementos:

. Máxima pressão de trabalho admissível (PMPT);

. Pressão de prova;

. Capacidade de evaporação ou potência do gerador em uma hora;

. Superfície de aquecimento ou calefação;

. Superfície das grelhas ou volume da fornalha nas caldeiras que queimam carvão ou petróleo respectivamente.

Além dessas características mencionadas, caracterizam-se também as caldeiras por: . peso, . superfície dos superaquecedores de vapor, . economizadores de água de alimentação ou de ar, . volumes das câmaras de água e vapor.

Na seleção de um gerador podem-se observar outras considerações adicionais, tais como:

. Tipo de combustível e características;

. Equipamento de combustão;

. Pressão e temperatura do vapor;

. Variação da demanda de vapor;

. Eficiência térmica desejável;

. Custo de instalação, operação e manutenção;

. Espaço necessário e/ou disponível;

. Amortização do investimento.

2. Caldeiras a Vapor

Segundo a NR-13 item 13.1.1., caldeiras a vapor são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia, excetuando-se os refervedores e equipamentos similares utilizados em unidades de processo.

Todos os tipos de caldeira sempre possuem três partes essenciais, que são:

. fornalha ou câmara de combustão;

. câmara de água;

. câmara de vapor.

Os condutos para descarga dos gases e a chaminé não formam parte integral da caldeira, pois constituem construções independentes que são adicionadas ao corpo resistente da mesma, não estando expostas à pressão do vapor.

As caldeiras podem ser classificadas de acordo com: . as classes de pressão; . o grau de automação; . o tipo de energia empregada; . o tipo de troca térmica.

De acordo com as classes de pressão, as caldeiras foram classificadas segundo a NR-13 em:

. Categoria A: caldeira cuja pressão de operação é superior a 1960 KPa (19,98 kgf/cm²);

. Categoria C: caldeiras com pressão de operação igual ou inferior a 588 KPa (5,99 kgf/cm²) e volume interno igual ou inferior a 100 litros;

. Categoria B: caldeiras que não se enquadram nas categorias anteriores.

Conforme o grau de automação, as caldeiras podem se classificar em: . manuais;. semi-automática;. automática.

Com relação ao tipo de energia empregada (combustível), elas podem ser: . sólido;. líquido;. gasoso;. caldeiras elétricas;. caldeiras de recuperação.

Existem outras maneiras particulares de classificação, como por exemplo: . tipo de montagem;. circulação de água;. sistema de tiragem;. tipo de sustentação.

Como primeira tentativa e antes de comentar o tratamento particular de diversos tipos, dividiremos os geradores em:

. Caldeiras flamotubulares;

. Caldeiras aquatubulares;

. Caldeiras elétricas.

2.1. Caldeiras Flamotubulares

Também conhecidas como Pirotubulares, Fogotubulares ou, ainda como Tubos de Fumaça, são aquelas em que os gases provenientes da combustão (gases quentes) circulam no interior dos tubos, ficando por fora a água a ser aquecida ou vaporizada. A superfície de aquecimento das caldeiras flamotubulares é muito pequena, tendo como conseqüência uma baixa vaporização específica (12 a 14 kg de vapor gerado/m²); e o espaço ocupado por ela é proporcionalmente maior, embora atualmente já existam modelos compactos desse tipo de caldeira.

As caldeiras flamotubulares têm uso limitado às instalações de pequeno porte, com pressões inferiores a 1500 KPa ou capacidade inferior a 15 ton/h de vapor saturado. Sua aplicação é restrita apenas as operações que admitem o uso de vapor saturado.

São vários os métodos de classificação das caldeiras flamotubulares (segundo o uso, a capacidade, a pressão, a posição da fornalha, a posição dos tubos, os tamanhos, etc.). Assim, podemos dividi-las em:

a) Verticais:

o Com fornalha externa o Com fornalha interna

b) Horizontais:

o Com fornalha externa

c) Multitubulares:

o Com fornalha interna o Com uma tubulação central (Cornovaglia) o Com duas tubulações (Lancashire)

d) Locomotivas e Locomoveis:

o Escocesas o Marítimas o Estacionárias o Compacta

As caldeiras flamotubulares apresentam as seguintes partes principais: corpo, espelhos, feixe tubular ou tubos de fogo e caixa de fumaça. Tem a vantagem do custo de aquisição mais baixo, de exigir pouca alvenaria e atender bem aumentos instantâneos de demanda de vapor.

Como desvantagens, apresentam baixo rendimento térmico, partida lenta devido ao grande volume interno de água, limitação de pressão de operação (máx. 15 kgf/cm²), baixa taxa de vaporização (kg de vapor/m².hora), capacidade de produção limitada, e dificuldades para instalação de economizador, superaquecedor e pré-aquecedor.

2.2. Caldeiras Aquatubulares

A necessidade de caldeiras com maior rendimento, menos consumo, rápida geração e grandes quantidades de vapor, aumentou muito com a evolução dos processos industriais. Baseados nos princípios da transferência de calor e na experiência com os tipos de caldeiras existentes, os fabricantes inverteram a forma de geração de calor, ou seja, os tubos de fogo foram trocados por tubos de água, o que aumentou muito a superfície de aquecimento, surgindo a caldeira aquatubular.

Também conhecidas como Caldeiras Tubos de Água, se caracterizam pelos tubos situarem-se fora dos tubulões da caldeira (tambor), constituindo com estes um feixe tubular. Diferenciam-se das flamotubulares, pois a água circula no interior dos tubos e os gases quentes encontram-se em contato com sua superfície externa. Operam a média e alta pressão, resultando em alta produção de vapor.

As caldeiras aquatubulares são classificadas em três grandes grupos:

a) Caldeiras de tubos retos, com tubulão transversal ou longitudinal; b) Caldeiras de tubos curvos, com diversos tubulões transversais ou longitudinais utilizados na geração (máx. 5); c) Caldeiras de circulação forçada.

As partes principais de uma caldeira aquatubular são: . tubulão superior (ou tambor de vapor);. tubulão inferior (ou tambor de lama);. feixe tubular;. parede de água;. fornalha;. superaquecedor.

Outros equipamentos denominados como auxiliares ou periféricos ajudam a boa operação de uma caldeira, são eles:

. economizador;

. pré-aquecedor;

. soprador de fuligem.

2.3. Caldeiras Elétricas

A caldeira elétrica é um equipamento cujo papel principal é transformar energia elétrica em térmica, para transmiti-la a um fluido apropriado, geralmente água. Sua aplicação é bastante restrita,

pois são utilizadas quando houver disponibilidade de energia elétrica e que os custos sejam compensadores, além de serem projetadas para fornecerem apenas vapor saturado.

A geração de energia elétrica através de vapor é obtida nas usinas termoelétricas e outros pólos industriais, os quais são compostos basicamente de um gerador de vapor superaquecido, uma turbina, um gerador elétrico e um condensador. Na produção de vapor a corrente elétrica, ao atravessar qualquer condutor, encontra resistência a sua livre circulação e desprende calor (Efeito Joule).

As caldeiras elétricas oferecem certas vantagens, tais como:

- ausência de poluição ambiente; - modulação de carga de 0 a 100%; - resposta rápida à variação de consumo de vapor; - manutenção simples – apenas bombas; - a falta d’água não provoca danos à caldeira; - área reduzida de instalação; - não necessita de área para estocagem de combustível; - redução considerável no custo do vapor em relação ao produzido por óleo combustível; - melhora o fator de potência como conseqüência do aumento da potência ativa; - melhora o fator de carga elétrica instalada, e com isto reduz o preço médio de KWh

consumido na indústria.

3. Rendimento Térmico e Pressão de Trabalho

Atualmente o rendimento ou eficiência térmica total que pode ser obtido nas caldeiras aquatubulares supera o correspondente às caldeiras flamotubulares, pois nas primeiras têm-se obtido rendimento de 80 a 82 % ou maiores em caldeiras com superaquecedores, economizadores e aquecedores de ar, sendo que as últimas não superaram valores de 75 a 78 % nas melhores condições de limpeza.

De acordo com a pressão de trabalho as caldeiras são classificadas conforme a Tabela abaixo:

4. Vida Útil de um Gerador de Vapor

A vida útil de um gerador é equivalente a quantidade de horas de fogo que pode suportar em condições normais de funcionamento, isto é, vaporizando a pressão máxima de trabalho admissível para a qual tem sido projetada.

A vida útil de uma caldeira depende fundamentalmente do método de trabalho que tenha sido realizado, do sistema de vaporização (regime constante ou variável), da qualidade da água de alimentação, freqüência das limpezas externas e internas etc., motivo pelo qual não é possível determinar sem cometer erros consideráveis o tempo médio de vida para cada caldeira.

5. Falhas no Gerador de Vapor

As falhas que podem ocorrer em um gerador de vapor são:

a) Falhas por superaquecimento:

o superaquecimento por longo período; o superaquecimento por curto período.

b) Fadiga térmica – esse tipo de corrosão é resultante de esforços de tração cíclicos, que são acelerados quando operados em um ambiente corrosivo.

c) Ocultamento (hide-out) – é o decréscimo de concentrações de sais minerais solúveis na água da caldeira, tais como fosfato, sulfato, cloreto e hidróxido de sódio. Acontece em zonas de elevada taxa de transferência de calor. As conseqüências são a falta de refrigeração das paredes dos tubos onde ele se estabelece.

LISTA DE EXERCÍCIOS

1 – As águas utilizadas no processo industrial devem ser tratadas após o seu uso, com o devido tratamento antes do descarte final. Por quê? Qual a principal causa da poluição hídrica?

2 – O que são parâmetros sanitários?

3 – A água é o principal fluido utilizado nas caldeiras para geração de vapor. Por quê essa água precisa ser tratada? Quais as principais patologias que afetam as caldeiras?

4 – O que são tratamentos primários para as águas utilizadas nas caldeiras? Quais os principais processos externos de tratamento dessas águas?

5 - Qual a melhor água para utilização em Caldeiras na geração de vapor? Explique.

6 – O que vem a ser Desmineralização? Explique esse processo.

7 – Existem vários tratamentos para os efluentes após o uso das águas a nível industrial. Qual a principal alternativa ao uso desses tratamentos? Explique.

8 – Quais são classificados os principais tratamentos existentes para os efluentes? Exemplifique cada um deles.

9 - O que vem a ser Ar Comprimido? Qual a sua principal aplicação a nível industrial?

10 – O que são compressores? Quais os principais fatores que são utilizados para a devida seleção de um compressor?

11 – Em relação a sua utilização, como se classificam os compressores?

12 – Quais os principais acessórios dos compressores?

13 – Segundo a NR-13, o que são caldeiras?

14 – De acordo com as classes de pressão (NR-13), como classificam-se as caldeiras?

15 - O que são caldeiras Flamotubulares? Explique.

16 – O que são caldeiras Aquatubulares? Como as mesmas se diferencial das flamotubulares?

17 – Quais as principais vantagens das caldeiras elétricas? E suas desvantagens?