UTILIZAO DE GUA DE REUSO NA ALIMENTAO DE UM SISTEMA DE SEMIABERTO DE RESFRIAMENTO DE

EQUIPAMENTOS

Eng. Fbio Palma de Lima1

Trabalho submetido em forma de pr-

projeto, como parte do processo de

admisso do Programa de Mestrado

em Cincia e Tecnologia Ambiental da

Universidade Federal do ABC UFABC.

Outubro de 2014

So Paulo

1 Engenheiro Mecnico pela Universidade So Judas Tadeu (SP); ps-graduado em Gesto de Manuteno pela

UNIFACS (BA) proprietrio da Almatec Engenharia: fabio.lima@almatec.eng.br

RESUMO

A escassez de gua uma realidade nos dias atuais, principalmente no estado de So Paulo. No se pode tratar mais o tema gua, da mesma maneira, como h dez, vinte ou trinta anos. Em muitas empresas, em seus processos industriais, a gua utilizada como agente de troca trmica, ou seja, como um fluido refrigerante para resfriar determinados equipamentos ou produtos. Pelo fato do trabalho focar em Sistemas de Resfriamento Semiabertos, e nestes sistemas existe a necessidade de reposio extra de gua no circuito, o trabalho em questo trata do uso desta gua Limpa nesta reposio adicional, que muitas indstrias ainda utilizam, e analisa a melhor forma de utilizao de gua de Reuso, em substituio da primeira. Palavras-chave: Reuso de gua, Torre de Resfriamento, gua de Reuso, circuito semiaberto de resfriamento, escassez de gua.

1- JUSTIFICATIVA

Muito mais do que a simples frmula H20 que aprendemos desde os mais tenros momentos nas carteiras escolares, a gua na verdade, o elemento essencial para a existncia da vida no planeta. Aproximadamente dois teros do nosso planeta so cobertos por gua. Da proporo apresentada, os mares e oceanos concentram 97% da gua existente na Terra, restando apenas 3% de gua doce. A tabela 1, adaptada de VON SPERLING, M. (2005), mostra como se d a distribuio da gua no planeta: TABELA 1: DISTRIBUIO DE GUA NO PLANETA TERRA

Portanto, atravs da tabela 1, possvel ento observar que, apenas 0,8% da gua doce pode ser utilizada para o abastecimento humano, e destes 0,8%, somente uma pequenssima parcela de 0,02% apresenta-se na natureza superficialmente, na forma de rios ou lagos, ou seja, mais facilmente acessvel para extrao, e consequentemente para consumo. Isto corrobora para a importncia em ter que se preservar cada vez mais os recursos hdricos do planeta.

gua do mar

(salgada)97,0%

gua doce (estado

slido e lquido)3,0%

Geleiras (gua doce

no estado slido)2,2%

gua doce no estado

lquido0,8%

gua doce

subterrnea0,78%

gua doce superficial

(rios, lagos, etc)0,02%

2- OBJETIVO

Este trabalho tem o objetivo de estudar a melhor forma de utilizao e tratamento da gua de Reuso, em detrimento ao uso da gua fornecida pela Concessionria Pblica Estadual (SABESP), como forma de reposio de gua residual em circuitos de resfriamento semiabertos que utilizam Torres de Resfriamento como agentes de troca de calor em processos industriais.

3- CONTEXTUALIZAO

Em muitos processos industriais, existe a necessidade de se utilizar gua para resfriamento de equipamentos, como segue: Na produo de aos laminados, por exemplo, a gua resfria as chamadas gaiolas ou guias de laminao, por onde o ao, ainda no estado lquido passa ao estado slido, e ganha a forma de vergalho ou perfil, para ser utilizado amplamente na construo civil, como normalmente se conhece. Outra aplicao dos sistemas de resfriamento est na produo de garrafas ou potes de vidro, onde a gua usada para resfriar os mecanismos que do o contorno final destas embalagens, e de maneira similar como o que acontece com o ao, o vidro passa do estado lquido para o slido. Nas indstrias qumicas ou petroqumicas, as colunas de destilao tm sua temperatura controlada atravs da presso de operao dos condensadores, e este processo, tambm funciona atravs de circuitos de resfriamento. Sistemas de Resfriamento Semiabertos com circulao de gua e torres de resfriamento So circuitos constitudos por basicamente: torre de resfriamento, trocador de calor, sistema de tratamento de gua, bombas de recalque e bombas de retorno, conforme croqui ilustrado na figura 1. So chamados de semiabertos, pois, a torre de resfriamento um equipamento, cuja troca de calor do tipo evaporativa, ou seja, a gua quente que entra e distribuda no topo da torre, desce por gravidade atravs de vrios orifcios pulverizadores, que tm a funo de quebrar a gota de gua que ir passar pelo recheio do equipamento, que nada mais so que espcies de telas de plstico que iro distribuir ou espalhar a gua dentro da torre. Esta gua j dispersada ou espalhada e dividida em vrias micro gotculas formar um spray, que tem a finalidade de aumentar a superfcie de contato entre o ar e a gua, e esta nvoa, ser sugada pelo exaustor localizado na parte superior da estrutura da torre, evaporando-se. Alm da perda por evaporao, uma torre de resfriamento contabiliza tambm perdas por arraste de gotas finssimas pelos ventiladores e perdas nas purgas de desconcentrao, que tem a finalidade de diminuir a concentrao de sais na bacia da torre, que aumentam os incrustantes.

Estas trs perdas somadas se aproximam de 2% da vazo circulante do sistema de acordo com a (Alpina 2014), fabricante deste tipo de equipamento. Esta perda total de 2% substituda pela gua de reposio, e em muitos casos utilizada gua limpa oriunda da concessionria pblica. Pelo fato de existir esta perda e, portanto haver a necessidade de reposio de gua externa ao circuito, que chamamos este sistema de Circuito Semiaberto.

Figura 1 Fluxograma simplificado de um circuito semiaberto Em um primeiro momento, estes 2% de perdas podem at parecer insignificantes, porm, ao analisar a tabela 2, adaptada das publicaes de MANCUSO, P. C. S. (2001) e VON SPERLING, M. (2005), percebe-se que existe um potencial enorme de economia de gua limpa em relao a alguns setores produtivos.

TABELA 2: MDIA DE CONSUMO DE GUA EM ALGUNS PROCESSOS FABRIS, POR UNIDADE PRODUZIDA (NO NECESSARIAMENTE NO PROCESSO DE RESFRIAMENTO)

PROCESSO DE PRODUO INDUSTRIAL CONSUMO POR UNIDADE

PRODUZIDA

Fabricao de polpa de celulose 15 a 200 m3/t

Branqueamento da polpa de celulose 80 a 200 m3/t

Fabricao de papel 30 a 250 m3/t

Fabricao de polpa e papel integrados 200 a 250 m3/t

Refinaria de Petrleo 0,2 a 0,4 m3/barril

Vidro 4 a 30 m3/t

Fabricao de ao 4 a 200 m3/t

Fabricao de cerveja 8 a 13 l/l produzido

Gerao de energia em termoeltricas 2,5 a 8,7 l/kwh

Principais problemas enfrentados nos Sistemas Semiabertos de Resfriamento De acordo com MANCUSO, P. C. S. (2001), as maiores dificuldades enfrentadas nos Sistemas Semiabertos esto relacionadas a:

Depsitos Crostas Fouling Depsitos Metlicos Borras ou lamas de fosfato

Adicionalmente, outro problema encontrado so os vazamentos de gua, seja pelas venezianas das torres de resfriamento, nas diversas vlvulas do circuito e selagens das bombas, e que tambm constituem fator de dificuldade operacional, e devem ser levados em conta quando da operao do sistema. Podem-se citar ainda problemas relacionados por manuteno ineficiente, que podem vir a causar problemas inesperados nos equipamentos. Qualidade da gua requerida para reposio e recirculao em sistemas de resfriamento A qualidade da gua requerida funo da aplicao onde esta gua ser utilizada. No Brasil, para o caso em questo Reposio de gua em Sistemas Semiabertos, conforme MACHADO, I. A (2006), ainda existe pouca literatura produzida por autores nacionais abordando os limites tolerveis de parmetros tpicos de efluentes, diferentemente dos Estados Unidos, onde as prticas de reuso j so adotadas de longa data, e estes parmetros de controle podem ser observados na tabela 3 a seguir:

TABELA 3: QUALIDADE DE GUA DE REPOSIO PARA USO EM SISTEMAS DE RESFRIAMENTO SEMIABERTOS (EPA, 1992)

Parmetroa Limite Recomendadob

Cl- 500

Slidos Totais Dissolvidos 500

Dureza 650

Alcalinidade 350

pH 6,9 a 9,0

DQO 75

Slidos Totais em Suspenso 100

Turbidez 50

DBO 25

Orgnicosc 1

Nitrognio Amoniacal (N-NH4+) 1

Fosfatos 4

Slica 50

Alumnio 0,1

Ferro 0,5

Mangans 0,5

Clcio 50

Magnsio 0,5

Bicarbonatos 24

Sulfatos 200

(a) Valores expressos em mg/l, exceto pH (b) Water Pollution Control Federation, 1989 (c) Substncias ativas ao Azul de Metileno Fonte: Environmental Protection Agency EPA (1992).

Adoo do Sistema para Tratamento do Reuso Trata-se, provavelmente, do ponto mais importante a ser estudado, pois na literatura pesquisada no existe um consenso neste tema, e o sistema de tratamento adequado fator essencial para o sucesso de um projeto desta natureza. Atravs do estudo de MACHADO, I. A (2006), partindo-se de esgotos urbanos brutos de origem domstica, os sistemas de tratamento podem ser classificados em ordem crescente a partir do menor nvel (1) evoluindo at o nvel (12), como sendo o nvel mximo de tratamento, na medida em que novas tecnologias de processos vo sendo adicionadas, como pode ser observado na tabela 4, a seguir:

TABELA 4: NVEIS DE TRATAMENTO (Machado, 2006)

Nvel Descrio

1 Tratamento primrio

2 Lodos ativados convencionais e desinfeco.

3 Combinao de filtro biolgico, lodos ativados e desinfeco

4 Aerao prolongada e desinfeco

5 Secundrio seguido das recomendaes do Ttulo 22 do Cdigo da

Califrnia (1) (Clarificao por coagulao, floculao, sedimentao

e filtrao) e desinfeco

6 Secundrio seguido de filtrao direta e desinfeco

7 Secundrio, filtro DynasandR(2) e desinfeco

8 Secundrio, filtro DynasandR, remoo de fsforo e desinfeco

9 Processo EIMCO BardenphoR(3) e desinfeco

10 Secundrio seguido de filtro DynasandR, adsoro e desinfeco

11 Secundrio, filtro DynasandR, adsoro, osmose reversa e desinfeco

12 Secundrio seguido de recarbonatao, osmose reversa e desinfeco

Obs.: (1) O Ttulo 22 do Cdigo da Califrnia so normas do Department of Health Services que prescrevem conjuntos de processos e operaes unitrias para determinados tipos de reso; (2) Dynasand Processo proprietrio (filtrao por contato), constitudo de um tipo de filtro ascendente de leito profundo colocado a montante de coagulao qumica feita em um misturador na tubulao; (3) processo proprietrio (sistema de filtro biolgico). Processo Bardenpho da Eimco Alternativa ao processo de filtrao por contato para remoo de fsforo e nitrognio por ao biolgica num processo compartimentalizado. Fonte: Machado (2006).

Segundo MANCUSO, P. C. S. (2001), a aplicao dessa metodologia determinou a escolha do nvel 6 (tratamento secundrio seguido de filtrao direta e desinfeco) como sendo o sistema de tratamento mais adequado ao reuso de gua a ser utilizada em torres de resfriamento de sistemas semiabertos com recirculao de gua. J segundo HESPANHOL, I (2008), a qualidade de gua adequada para resfriamento de sistemas semiabertos compatvel com outros usos urbanos, no potveis, tais como irrigao de parques e jardins, lavagem de vias pblicas, construo civil, formao de lagos para algumas modalidades de recreao e para efeitos paisagsticos. O estudo em questo no aponta qual o nvel de tratamento mais adequado para Sistemas Semiabertos de Resfriamento. E, de acordo com MACHADO, I. A (2006), o nvel de qualidade a ser alcanado no tratamento de esgotos urbanos brutos de origem predominantemente domstica, para o reuso em alimentao de circuitos de resfriamento, seria no mnimo 11 e por consequncia a utilizao de membranas de osmose reversa no processo avanado seria inevitvel. Esta recomendao baseia-se na premissa de que para a reutilizao deste efluente na alimentao de torres de resfriamento, se faz necessrio a reduo da concentrao dos slidos totais dissolvidos.

4- MATERIAIS E MTODOS

A ser definido.

5- CONCLUSES E RELEVNCIA PARA O PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM CINCIA E TECNOLOGIA AMBIENTAL

O Brasil vem colecionado avanos na questo da utilizao de gua de Reuso na indstria, at por conta das grandes empresas, que vm cada vez mais colaborando na questo sustentabilidade, mormente na preservao dos recursos hdricos, mas no se pode negar que exista ainda um potencial gigantesco a ser explorado. Este trabalho de pesquisa mostrou, que apesar deste avano, ainda existem alguns pontos de vista que no se encontram alinhados para um mesmo sentido, e o tema em questo, merece ser estudado mais a mide para que possa existir uma nova base de dados que forma a contribuir para o assunto.

6- REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS Alpina Equipamentos. Disponvel em: Acesso em: 10/10/2014 ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY EPA. Guidelines for water reuse. Washington (DC), USA; 1992. HESPANHOL, I. Um novo paradigma para a gesto de recursos hdricos. estudos avanados, v. 22, n. 63, p. 131-158, 2008. MACHADO, I. A. Tratamento tercirio de efluentes de estaes de tratamento por lodo ativado para fins de reuso como gua de reposio em torres de resfriamento. Rio de Janeiro; 2006. MANCUSO, P. C. S. Reuso de gua para Torres de Resfriamento. So Paulo; 2001. VON SPERLING, M. Introduo qualidade das guas e ao tratamento de esgotos. 3 ed. Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitria e Ambiental DESA, Universidade Federal de Minas Gerais; 2005.