PARTE II REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

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1 PARTE II REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Deus disse: "Faça -se a luz." E a luz foi feita. Gêneses, 1,3

2 CAPÍTULO 2 SISTEMAS DE ÁGUA DE RESFRIAMENTO 2.1.Introdução Neste capítulo são apresentados os principais sistemas de água de resfriamento utilizados em processos de resfriamento em plantas petroquímicas, contemplando suas características e aplicações. Particularmente para o sistema de interesse semi-aberto - é feito um aprofundamento, sendo discutidas a filosofia de tratamento e formas de controle e monitoração da qualidade da água Classificação dos sistemas de água de resfriamento Os sistemas de água de resfriamento podem ser classificados em três categorias, com base no reaproveitamendo da água de recirculação (ELKIND, 1996): 1. sistema aberto; 2. sistema semi-aberto e 3. sistema fechado. A aplicação em plantas de processamento depende de vários fatores, como: - Quantidade de água disponível. - Custo de aquisição da água. - Qualidade da água. - Temperatura da água. - Tipo de operação.

3 Sistemas de água de resfriamento 10 - Tamanho do equipamento e - Limitação na qualidade do efluente industrial. Descreve-se a seguir os três tipos de sistemas de resfriamento Sistemas abertos Sistemas abertos ou de passagem única ( once-through ) são aqueles cuja água de resfriamento, após passar pelos equipamentos que geram calor, não mais retornam a eles, sendo descarregada no local de origem ou em outra parte qualquer, conforme esquematizado na Figura 2.1. FONTE (mar, lago, rio) ÁGUA FRIA BOMBA TROCADORES DE CALOR DESPEJO ÁGUA QUENTE Figura Esquema de um sistema de água de resfriamento aberto Devido ao grande consumo de água, este sistema somente é utilizado quando existe suficiente disponibilidade da mesma. Refinarias, indústrias químicas, usinas termoelétricas, quando localizadas no litoral, muitas vezes utilizam água do mar

4 Sistemas de água de resfriamento 11 como meio de resfriamento. Todavia, apresenta a desvantagem da impraticabilidade do tratamento químico da água para a prevenção de problemas de corrosão e incrustações devido ao custo excessivo do tratamento e do lançamento de produtos químicos poluentes no local de despejo. Isso obriga à utilização de tubos fabricados em materiais mais nobres (mais estáveis quimicamente) nos trocadores de calor. Um outro problema é a poluição térmica resultante da descarga de grandes volumes de água quente, que pode se tornar problemática em muitas regiões Sistemas fechados São aqueles em que a água que circula pelo sistema é resfriada num trocador de calor por meio de um outro fluido, que não entra em contato com a água (Figura 2.2). As vantagens do sistema fechado são: - O consumo de água é quase nulo, pois as perdas ocorrem somente devido a vazamentos em gaxetas e conexões. - Permite melhor controle de temperatura. - Como não há evaporação de água, os sólidos dissolvidos não concentram. Consequentemente, não há necessidade de purgas para manter baixa sua concentração e portanto não há problemas com despejos. - Como não há contato com o ar, não ocorre crescimento biológico, permitindo obter água de melhor qualidade. - Não há limites para uso de produtos químicos, tornando mais eficaz o controle de corrosão e incrustação.

5 Sistemas de água de resfriamento 12 ÁGUA QUENTE PRODUTO FRIO TROCADOR DE CALOR FLUIDO REFRIGERANTE (PROCESSO) PRODUTO QUENTE ÁGUA FRIA QUENTE TROCADORES DE CALOR FRIO Figura Esquema de um sistema de água de resfriamento fechado Os sistemas fechados de resfriamento são normalmente utilizados para pequenas capacidades, principalmente para resfriamento de máquinas, tais como: mancais de bombas, camisas de cilindro de compressores, motores diesel, turbinas a gás e sistemas de ar condicionado Sistemas semi-abertos São aqueles em que a água que circula pelos equipamentos, é resfriada em uma torre de resfriamento 6, ou outro sistema aberto ao ar, retornando para uso posterior já em uma temperatura adequada. A Figura 2.3 mostra um sistema semi-aberto empregando torre de resfriamento.

6 Sistemas de água de resfriamento 13 Este tipo de sistema é utilizado quando a vazão de água requerida é grande e a disponibilidade limitada, como ocorre normalmente nas refinarias, petroquímicas e usinas termoelétricas. Suas principais vantagens são: - Segurança no fornecimento de água fria. - Pequena reposição de água em cada ciclo (apenas para substituir a que se perde por evaporação (~2%), por respingo (~0,3%) drenagem (~1%) e vazamentos) 7. - Emprego econômico e eficaz de tratamento para água, possibilitando o uso de materiais de construção mais baratos (aço-carbono comum) nos tubos. Apresenta como desvantagens: - Requer a construção da torre de resfriamento, aumentando o investimento. - Maior consumo de energia (nos ventiladores e na bomba, para vencer a altura da torre, que possui desnível de 8 a 10 metros). - Uso de produtos químicos é limitado pelas purgas. A maioria dos projetos atualmente usados nas indústrias para troca de calor, é do tipo semi-aberto de recirculação. 6 Serão feitas algumas considerações sobre esse equipamento no item A título de ilustração, o consumo de água numa refinaria típica é da ordem de 0,8 m 3 água/m 3 petróleo (utilizando sistemas de circuito semi - aberto). Se o sistema fosse aberto, o consumo poderia atingir 38m 3 água/m 3 petróleo. (in ELKIND, Raul. Tratamento de água de resfriamento. PETROBRAS, Rio de Janeiro: 1996).

7 Sistemas de água de resfriamento 14 AR ÚMIDO QUENTE ÁGUA QUENTE EVAPORAÇÃO AR SECO PROCESSO INDUSTRIAL De reposição (make-up) ÁGUA FRIA Figura Esquema de um sistema de água de resfriamento semi-aberto Considerando que o resfriamento dos equipamentos de processo na PETROBRAS/ SIX, utiliza um sistema misto aberto/semi-aberto, sendo que o sistema semi-aberto responde por mais de 95% do resfriamento dos equipamentos de processo, o mesmo será caracterizado de uma forma mais abrangente Torres de resfriamento As torres de resfriamento são equipamentos responsáveis pelo resfriamento da água através da troca de calor com correntes de ar, utilizando processos de convecção naturais ou induzidos.

8 Sistemas de água de resfriamento 15 Considerando que o ar necessário para garantir essa troca pode provir da convecção por diferenças de temperatura ( e conseqüentemente diferenças de densidade) ou por movimentação mecânica (com auxílio de ventiladores ou exaustores), pode-se classificar as torres nos seguintes principais tipos (ELKIND, 1998): - Torres de ventilação ou atmosféricas - Torres de tiragem natural - Torres de tiragem forçada. A seleção do tipo é função de diversos fatores tais como: custo de aquisição, custo de manutenção, carga calorífica, condições climáticas Torre de ventilação natural Neste tipo, a movimentação do ar é função única das condições atmosféricas. O ar passa horizontalmente pela torre enquanto a água cai verticalmente, conforme mostrado na figura 2.4. É composta basicamente por uma canalização provida de bicos pulverizadores e um invólucro dotado de venezianas que orientam e auxiliam a passagem do ar, reduzindo a perda de água por respingos. Podem ser com ou sem enchimento.

9 Sistemas de água de resfriamento 16 ÁGUA QUENTE AR NÃO HÁ ENCHIMENTO AR N.A. REPOSIÇÃO ÁGUA FRIA Figura 2.4. Torre atmosférica sem enchimento Seu desempenho depende do número de borrifadores, de sua capacidade de nebulização e da altura da torre. Estão sujeitas a perdas elevadas de água por respingos, a contaminantes atmosféricos e ao crescimento de algas. São indicadas para pequenas instalações, tendo as seguintes desvantagens: - Variação da temperatura da água fria em função da direção e velocidade do vento. - Elevadas perdas por arraste Torre de tiragem natural Esse tipo de torre é construída com uma chaminé no topo da zona de enchimento, de modo a proporcionar a tiragem. O ar quente, com densidade diminuída tende a subir, criando uma zona de baixa pressão na parte inferior da torre que induz à entrada de nova massa de ar frio. A figura 2.5 ilustra uma torre de tiragem natural.

10 Sistemas de água de resfriamento 17 Um exemplo típico desse tipo de torre é a torre hiperbólica, usualmente encontrada em instalações termelétricas e em regiões de clima frio. CHAMINÉ DE TIRAGEM ELIMINADOR DE RESPINGOS ESGUICHOS ÁGUA QUENTE VENEZIANAS BASE AR ÁGUA FRIA Figura 2.5. Torre de tiragem natural T orre de tiragem mecânica 8 Neste tipo de torre, o fluxo de ar é aumentado por meio da ação de ventiladores, como mostrado na figura O sistema de água de resfriamento da PETROBRAS/SIX utiliza um circuito semi-aberto com torres de resfriamento tipo tiragem mecânica induzida de fluxo em contracorrente.

11 Sistemas de água de resfriamento 18 AR VENTILADOR ELIMINADOR DE RESPINGOS ESGUICHOS ÁGUA QUENTE VENEZIANAS AR BASE ÁGUA FRIA Figura 2.6. Torre de tiragem mecânica induzida de fluxo em contracorrente Suas características são: - Fácil controle das condições operacionais, tais como velocidade e quantidade de ar e, em conseqüência, da temperatura da água fria. - Sem restrições para localização do equipamento. - Grande consumo de energia na operação dos ventiladores. - Maior custo de manutenção. Podem ser de dois tipos: tiragem forçada - caso os ventiladores estejam situados na parte inferior da torre - ou induzida se os ventiladores estiverem no

12 Sistemas de água de resfriamento 19 topo do equipamento. Pode ainda ser de fluxo em contracorrente ou cruzado, de acordo com o fluxo de ar em relação à água Pré-tratamento de água para sistema semi-abertos A água em seu estado natural nunca é pura. Daí a necessidade de purificação e condicionamento antes de seu uso. Por isso, previamente à utilização em sistemas de resfriamento, a água sofre uma adequação de qualidade para o uso. Normalmente o pré-tratamento da água utilizada em sistemas de resfriamento consiste de três etapas: a pré-cloração, a clarificação e a filtração ou sedimentação (DREW CHEMICAL, 1977). A pré-cloração tem por objetivo promover a desinfecção da água, eliminando os microorganismos patogênicos por ela transportados. A ação desinfetante do cloro ou dos hipocloritos (compostos clorados) é devida à formação de ácido hipocloroso, que difunde-se pela membrana celular inibindo a oxidação da glicose dentro da célula, que é uma das reações essenciais à vida dos microorganismos (ELKIND, 1998). A clarificação da água é, provavelmente, a mais antiga das técnicas de purificação (DREW CHEMICAL, 1977). Ela pode ser definida como sendo a remoção de matéria finamente dividida e em suspensão na água. Geralmente é a primeira etapa em qualquer tipo de tratamento de água. A filtração consiste na passagem da água através de um material poroso, geralmente areia, objetivando a eliminação de partículas em suspensão, reduzindo sua turbidez.

13 Sistemas de água de resfriamento 20 Considerando que o sistema de pré-tratamento de água da PETROBRAS/SIX é baseado em cloração, clarificação e filtração, este assunto será ainda abordado no item Problemas decorrentes do emprego de sistemas semi-abertos A reutilização de água implica na necessidade de diversos cuidados de melhoria e adequação de sua qualidade às exigências do processo, em especial àqueles relativos à deposição e corrosão do sistema. Processos corrosivos ou de deposição se traduzem no aumento dos custos de manutenção, podendo inclusive provocar a cessação de produção, com redução de confiabilidade e disponibilidade da planta. Os lucros cessantes por interrupção de produção chegam à casa de centenas de milhares de dólares por dia. E a água de resfriamento é o único fluido dentro de unidade de processo que circula por toda a planta, podendo contaminá-la em poucos ciclos, caso haja algum distúrbio que a descaracterize Corrosão 9 Independentemente de fatores externos (aqueles decorrentes de contaminações, por exemplo) as águas são naturalmente corrosivas 10. Um número de fatores químicos/eletroquímicos e físicos determina a extensão dos problemas associados à corrosão em meio aquoso: 9 Este assunto será melhor discutido no capítulo 3 : Corrosão e deposição em sistemas de água de resfriamento. 10 A agressividade da água, quando não explicitamente citada relaciona-se ao aço-carbono.

14 Sistemas de água de resfriamento 21 - Composição da água: ph, sais dissolvidos, gases dissolvidos, matéria dissolvida e suspensa, tendências à crescimento microbiológico, etc. - Interação entre a água e os materiais normalmente utilizados em circuitos de resfriamento. - Existência de materiais dissimilares em contato. - Temperatura, taxas de transferência de calor, velocidade, tipo de fluxo (laminar ou turbulento). - Fatores metalúrgicos (tipo de material) e características superficiais (nível de tensões, rugosidade, etc.) Esses fatores devem ser considerados sempre para uma correta especificação do sistema, com o objetivo de manter o sistema sob controle. Não há dúvida que os problemas mais sérios associados à água de resfriamento são aqueles causados por corrosão decorrente de processos eletroquímicos, seja por ataque direto, isto é inexistência de depósitos ou aqueles associados à formação de células de aeração diferencial por matéria inerte ou devido ao metabolismo de microorganismos Deposição 11 Um sistema de água de resfriamento está sujeito a um número de diferentes depósitos provenientes de uma variedade de fontes. Matéria dissolvida e suspensa na água pode precipitar e/ou proliferar no sistema, tratamentos inadequados ou a falta de um tratamento podem induzir a deposições. Para sistemas semi-abertos,

15 Sistemas de água de resfriamento 22 contaminantes arrastados pelo vento podem causar sérios problemas, já que a torre de resfriamento atua como um removedor de sólidos em suspensão no ar. Depósitos podem também ser originados no próprio sistema. Como exemplos tem -se os produtos de corrosão e precipitados decorrentes de processos de contaminação (DREW CHEMICAL, 1977). Como conseqüência de deposições em circuitos de água de resfriamento tem -se: - Redução do rendimento térmico. - Corrosão por deposição ( aeração diferencial). - Aumento de custo e paradas não programadas. - Diminuição da vida útil dos equipamentos. Os principais agentes incrustantes encontrados em sistemas de água de resfriamento são o carbonato de cálcio, sulfato de cálcio e sílica (ELKIND, 1996). Depósitos podem ser evitados com tratamentos adequados. Os métodos de controle estão divididos em tratamentos convencionais, por agentes poliméricos e por agentes seqüestrantes, quelantes e inibidores de início de formação (DREW CHEMICAL, 1977). No primeiro caso são utilizados sistemas para desmineralização, acidificação e filtração da água. Nos demais, são utilizados polímeros dispersantes, floculantes, surfactantes, seqüestrantes e quelantes que reagem com as partículas, evitando sua precipitação e aderência à superfícies. 11 Este assunto será melhor discutido no capítulo 3 : Corrosão e deposição em sistemas de água de resfriamento.

16 Sistemas de água de resfriamento Crescimento microbiológico Os microorganismos são encontrados em toda a natureza, distribuindo-se no ar, na água e solo, e desempenhando papéis vitais no desenvolvimento dos seres vivos. Os micoorganismos afetam muitos processos industriais. Particularmente em relação a sistemas de água de resfriamento, a atividade microbiana causa uma série de problemas de corrosão, deterioração de madeiramento das torres de resfriamento, mau cheiro, incrustação/deposição volumosa predispondo à entupimento de tubulações e conseqüente perda de eficiência térmica e redução da vida útil dos equipamentos (ELKIND, 1998). O controle microbiológico é feito através de adição de biocidas apropriados no circuito e utilização de água de reposição de boa qualidade. A atividade microbiana pode ser determinada através de técnicas analíticas ou eletroquímicas Controle de qualidade da água de resfriamento Sistemas semi-abertos podem operar com altas cargas térmicas e perdas mínimas de água. Todavia, essa característica também é a causa de muitos problemas associados com os tratamentos desses sistemas, visto que, quando uma quantidade da água de resfriamento evapora na torre, a concentração de sólidos dissolvidos e em suspensão aumenta (DREW CHEMICAL, 1977). Como os sólidos dissolvidos (carbonatos, silicatos, sulfatos de cálcio ou magnésio) possuem limites de solubilidade, ocorrerá situação na qual haverá precipitação, podendo provocar formação de depósitos por vezes incrustantes 12 Particularmente o ruído eletroquímico, que é utilizado na avaliação de corrosão induzida por bactérias anaeróbicas e redutoras de sulfato.

17 Sistemas de água de resfriamento 24 (BARRETO, 1997). Este efeito de concentração pode ser evitado pela remoção de parte da água concentrada, através de um procedimento de descarte de parte do inventário, denominado purga do sistema. A parcela de água descartada é substituída por uma água denominada água de reposição (make-up water). A água reposta permite também a compensação das perdas decorrentes de processos evaporativos e arraste por ventos Ciclo de concentração A variação na quantidade de água "purgada" permite o estabelecimento de um importante parâmetro de controle de qualidade do sistema de resfriamento denominado ciclo de concentração. Esse parâmetro é calculado pela razão entre a concentração total de sólidos dissolvidos (STD) na água da torre de resfriamento e sua concentração na água de reposição, sendo normalmente determinado através da medida da concentração de íons cloretos, face à sua elevada solubilidade. Considerando o exposto, pode-se definir como ciclo de concentração a razão apresentada na equação 2.1. Cloretos na água de resfriamento (ppm) CC = (2.1) Cloretos na água de reposição(ppm) É também usual a determinação do ciclo de concentração através do uso da alcalinidade total conforme equação 2.2. Alcalinidade total na água deresfriamento (ppm) CC = (2.2) Alcalinidade total na água de reposição(ppm)

18 Sistemas de água de resfriamento 25 Um adequado ciclo de concentração para um dado sistema é determinado pelo seu projeto, caraterísticas da água, parâmetros de operação e pelo programa (filosofia) de tratamento adotado Indicadores de tendência da água É possível a verificação da tendência à corrosão ou deposição da água através da utilização de índices que determinam seu comportamento. Esses índices, baseados nos produtos de solubilidade dos sais e ph da água, são bastantes úteis na compreensão do processo corrosivo e incrustante. Conhecendo se os limites de solubilidade para determinada água, sob condições conhecidas de temperatura de película em equipamentos, é possível prever ou diagnosticar as causas de deposição/incrustação que não dependem do tipo de fluxo Índice de estabilidade em relação ao carbonato de cálcio (Langelier, Ryznar e Puckorius) (BETZ DEARBORN, 1998; DREW CHEMICAL, 1977) Os índices de Langelier 14, Ryznar e mais recentemente Puckorius (PUCKORIUS, 1991) definem o potencial corrosivo-incrustante, respectivamente em relação ao ferro metálico e ao carbonato de cálcio, a partir do denominado ph de saturação ( phs) para o carbonato de cálcio. 13 As tendências incrustantes referem-se, principalmente, à formação de carbonato de cálcio (CaCO 3). É importante que se distingüa incrustação de depósito sedimentar. Um processo incrustante envolve necessariamente a passagem por uma etapa de nucleação (formação do cristal -semente) a partir da qual ocorrerá o crescimento da formação cristalina, desenvolvendo-se um tipo de depósito denominado incrustação verdadeira (true scale). Entretanto na maioria dos casos de águas superficiais, as deposições (cristalinas ou não) observadas são de natureza sedimentar. Nestas situações, sólidos em suspensão, inicialmente dispersos na água, separam-se da fase aquosa, depositandose sobre as superfícies metálicas, formando os chamados depósitos sedimentares. Em alguns casos, como nos que envolvem produtos de corrosão, como o óxido férrico (Fe 2 O 3 ), podem ocorrer deposições envolvendo os dois mecanismos citados, originando dep ósitos tipo incrustação (scalelike deposits) de natureza mista. Portanto, embora a maioria dos depósitos observados, em caso de águas superficiais, seja de natureza sedimentar (lama argilosa, fouling microbiano) ou mista (lama argilosa com produtos de corrosão, por exemplo), é importante

19 Sistemas de água de resfriamento 26 No equilíbrio químico bicarbonato-carbonato de cálcio, valores de ph abaixo do phs solubilizam o carbonato de cálcio, expondo a superfície metálica ao meio corrosivo. Por outro lado, valores de ph superiores ao phs deslocam o equilíbrio no sentido da formação da incrustação de carbonato de cálcio. No phs teríamos o carbonato de cálcio em solução saturada, no limite de sua solubilidade ou no limiar de sua precipitação. A determinação do phs é realizada a partir dos teores de sólidos totais dissolvidos, da temperatura do meio aquoso, da concentração de cálcio (dureza cálcica) e da concentração de bicarbonatos (alcalinidade total). Existem métodos gráficos e analíticos bastante difundidos para determinações do phs. a. Determinação analítica dos índices carbonato de cálcio Langelier (LSI), Ryznar (RSI) e Puckorius (PSI). Os índices são calculados de acordo com as equações 2.3, 2.4, 2.5, 2.6 e 2.7: phs = 9,3 + A + B ( C + D ) ( 2.3) pheq = 1,465.log AT + 4,54,com AT = ppm CaCO 3 (2.4) LSI = ph phs (2.5) RSI = 2 phs ph (2.6) que se possa avaliar o potencial corrosivo ou incrustante, sobretudo o primeiro, para um dado meio aquoso. (in Tratamentos de águas industriais, BETZDEARBORN:1998). 14 O índice de Langelier também é chamado de índice de saturação.

20 Sistemas de água de resfriamento 27 PSI = 2 phs pheq (2.7) onde pheq é o ph de equilíbrio (saturação) e A,B, C e D parâmetros associados à concentração de sólidos totais (A) em ppm, temperatura (B) em ºC, alcalinidade total (C) e dureza de cálcio (D) ambas em ppm. Na tabela 2.1 estão tabulados os valores desses parâmetros. Tabela 2.1. Parâmetros para cálculo do phs PARÂMETROS A B C D 200 = /21.1 = = = = /26.7 = = = = /30.1 = = = = /33.7 = = = = /43.0 = = = = /50.0 = = = = /53.5 = = = = /63.6 = = =2.6 A interpretação dos referidos índices é a mostrada na tabela 2.2. Tabela 2.2. Interpretação dos índices LSI RSI/PSI CONDIÇÃO Incrustação extremamente severa Incrus tação muito severa Incrustação severa Incrustação moderada Água estável Sem incrustação, tendência muito leve para dissolver Sem incrustação, leve, tendência para dissolver Sem incrustação, tendência moderada para dissolver Sem incrustação, forte tendência para dissolver Sem incrustação, tendência muito forte para dissolver.

21 Sistemas de água de resfriamento Índice de corrosividade de Larson-Skold O índice de Larson-Skold (ILS) foi desenvolvido especificamente para avaliação da agressividade de águas corrosivas, havendo uma relação com boa proporcionalidade entre ILS e a taxa de corrosão uniforme. O ILS é calculado com base nas concentrações de cloreto, sulfato e bicarbonato (alcalinidade total), considerando a agressividade desses íons ao aço. Com a elevação dos teores dos cloretos e sulfatos, o processo corrosivo se acentua. A ação do cloreto já é bem conhecida, mas o sulfato também pode tornar a água de resfriamento mais agressiva 15. O índice de Larson-Skold, também conhecido como índice de corrosão é dado pela equação 2.8. IC 1,408.ppm Alcalinida detotal,caco Cl SO = (2.8) ppm + 1,042.ppm Se IC < ½ -> processo de corrosão uniforme Se IC > ½ -> processo de corrosão por pites Parâmetros típicos de controle de água para sistemas semi-abertos Na tabela 2.3 são apresentados valores típicos de parâmetros de controle de qualidade da água utilizada em sistemas semi-abertos.

22 Sistemas de água de resfriamento 29 Tabela 2.3. Parâmetros típicos de controle de água para sistemas semi-abertos 16 ITENS FAIXA AJUSTE ph 6,5 a 8,5 Álcali Alcalinidade Total Máx. 250 ppm Descarga Dureza Total Máx. 500 ppm Descarga, dispersante Cloretos, como CI C x Cl rep. ppm Descarga Sílica como Si0 2 Máx. 150 ppm Descarga Ferro Total, como Fe Máx. 2,0 ppm Descarga, dispersante Sól. Tot. Dissolvidos Máx ppm Descarga Tc aço-carbono < 3,0 mpy Verificação tratamento/contaminações Td aço-carbono < 2,0 mpd Verificação tratamento/contaminações Tc cobre < 0,5 mpy Verificação tratamento/contaminações Td cobre < 0,1 mpd Verificação tratamento/contaminações Tc galvanizado < 4,0 mpy Verificação tratamento/contaminações Td galvanizado < 2,0 mpd Verificação tratamento/contaminações N o. colônias/ml 5 x 10 4 Biocida Cl 2 0,5 a 1,0 ppm Hipoclorito 2.7. Materiais de construção utilizados em circuitos de água de resfriamento Em sistemas de resfriamento os materiais metálicos são os normalmente utilizados por uma série de características: - Grande estabilidade mecânica nas condições de serviço. - Excelente capacidade de troca térmica. - Baixo custo. - Boa resistência química à maioria dos fluidos. - Vida útil extensa (normalmente trocadores de calor são projetados para uma vida útil de 20 anos). 15 Esta afirmativa está baseada em experiências realizadas em sistemas de resfriamento de plantas industriais, onde o teor de sulfato era elevado, cerca de 332 ppm (in Tratamentos de águas industriais, BETZDEARBORN:1998). 16 Os parâmetros indicados na tabela 2.3. são apenas orientativos. Sistemas de controle devem ser elaborados para cada caso específico, baseando-se nos materiais de construção do sistema e tipo de tratamento recomendado.

23 Sistemas de água de resfriamento 30 Os aços carbono, com teor de carbono variando entre 0.10 e 0.20% são os mais utilizados, respondendo pela maioria das aplicações industriais. Em menor número têm-se tubos em aços inoxidáveis (normalmente austeníticos), aços baixa-liga (teor de cromo inferior a 9%); cobre e suas ligas (latão); ligas cupro-níquel, ligas de alumínio e para aplicações em meios de alta corrosividade ligas ferrosas especiais, ligas de cromo, de níquel e de titânio. Como será visto no capítulo 3, com o objetivo de garantir a qualidade de água de forma que possam ser utilizados materiais mais baratos e evitar troca freqüentes de inventário, são adicionados ao sistema inibidores de corrosão, agentes dispersantes e biocidas, mantendo a corrosividade do meio dentro de limites toleráveis e o crescimento microbiológico do sistema sob controle O sistema de resfriamento da PETROBRAS/SIX O resfriamento dos equipamentos de processo na PETROBRAS/SIX, utiliza um sistema misto aberto/semi-aberto, sendo que o sistema semi-aberto responde por mais de 95% do resfriamento dos equipamentos de processo Características do sistema semi-aberto Esse sistema é composto por uma estação de cloração, clarificação e filtração e duas torres de resfriamento tipo tiragem mecânica induzida de fluxo em contracorrente (TR-2201 e TR-24101). O sistema constituído pela TR-2201 é responsável pelo atendimento de aproximadamente 85% das necessidades das unidades de

24 Sistemas de água de resfriamento 31 utilidades e processo. Na figura 2.7 (a) e (b) são mostradas as duas torres de resfriamento. As principais características do sistema semi-aberto da PETROBRAS/SIX estão na tabela 2.4. (a) (b) Figura 2.7. (a)tr-2201; (b)tr-24101

25 Sistemas de água de resfriamento 32 Tabela 2.4. Parâmetros do sistema semi-aberto da PETROBRAS/SIX 17 TR-2201 Dados operacionais TR Volume do sistema (m³) Vazão de recirculação (m³/h) Regime de trabalho Contínuo Temperatura de água quente (º C) 35 Temperatura de água fria (º C) 26 Água de reposição Balanço material do sistema Clarificada Perdas por evaporação (%) 0,10 Perdas por arraste (%) 0,88 1,92 Ciclo de concentração ótimo 7,9 8,5 Vazão de a rraste (m³/h) 22 4,8 Vazão de evaporação (m³/h) 2,5 0,25 Vazão de descarga (m³/h) 1,1 0,55 Vazão de reposição (m³/h) 25,6 5,6 Perdas líquidas totais (m³/h) 3,6 0,8 Parâmetros de controle de qualidade ph (a 25º C) 6,8 a 8,8 Alcalinidade total, CaCO 3 (ppm) > 30 Dureza cálcio, CaCO3 (ppm) < 300 Cloretos, Cl - (ppm) < 500 Ferro total, Fe (ppm ) < 3 Alumínio, Al (ppm) < 3,5 Sólidos suspensos (ppm) < 30 DQOMn (ppm O2) <15 Taxa de corrosão (mpy) < 1,0 Taxa de deposição (mpd) < 1,0 17 Esclarecimentos técnicos KDBP-SP 181/98. Kurita do Brasil. São Mateus do Sul:1998, páginas 3, 8, 13 e 17.

26 Condicionamento da água (ENG. TRAT. DE ÁGUA, 1994) Sistemas de água de resfriamento 33 A água bruta 18 captada do rio Iguaçu através da estação de bombeamento de recalque chega à estação de tratamento e recebe por dosagem automática as soluções de sulfato de alumínio, que tem a função de coagulação; hidróxido de sódio, como solução de correção de ph e hipoclorito de sódio para sua desinfecção. Após a dosagem das soluções, a água é introduzida em câmara de floculação, que é subdividida em três subcâmaras e dotada de floculador mecânico de velocidade variável, permitindo a alteração de velocidade, de acordo com as características da água que está sendo admitida. Concluída a etapa de floculação, a água é conduzida através de um dispositivo de distribuição ao fundo da câmara de decantação lamelar, subindo de forma uniforme - em regime laminar - através das placas de decantação que, pela área e geometria, possibilitam a sedimentação/decantação das partículas floculadas nas câmaras de lodo, de onde são drenadas para o sistema de escoamento de água de rejeito da unidade. A água decantada é coletada na parte superior da câmara de decantação e transferida por gravidade para o sistema de filtração, dotado de quatro subcamadas de filtração. A água filtrada é coletada na seção inferior do filtro e dirigida ao reservatório de água tratada, após correção do ph, se necessário 19. O fluxograma de processo simplificado mostrado na figura 2.8 indica como a água bruta é condicionada e distribuída aos consumidores (TR-2201 e TR-24101). 18 O termo água bruta é utilizado para designar a água no seu estado natural, como recebida da fonte. 19 A correção do ph é feita no início do processo, durante a fase de floculação, pois há uma faixa ótima para a formação de flocos.

27 Sistemas de água de resfriamento 34 TANQUES DE PRODUTOS QUÍMICOS FM-4201 DC-4201 FL-4201 VS-4205 RS-4201 Adutora TR-2201/TR DO PROCESSO PARA PROCESSO Figura 2.8. Fluxograma de processo simplificado do sistema de água de resfriamento da PETROBRAS/SIX