Aspectos Ambientais para Geração de Vácuo Sumário Muitas etapas do trabalho no laboratório necessita do uso de vácuo. Para geração de vácuo uma bomba de vácuo tipo jato de água e uma bomba de vácuo (bombas de membrana e óleo) podem ser usadas. Vácuo deve somente ser utilizado se for realmente necessário, por causa do material e energia consumida e a poluição gerada. Se vácuo deve ser empregado no trabalho uma etapa com bomba de vácuo tipo jato de água não deve ser utilizada. É mais favorável usar bombas de vácuo, se as possibilidades técnicas no local permitirem. Bombas controladas pela velocidade devem ser escolhidos a partir da grande suprimento de bombas de vácuo. A Poluição Ambiental da Geração de Vácuo O uso de vácuo é um componente indispensável de muitas etapas de trabalho no laboratório. Áreas de aplicação são destilação e sublimação sobre pressão reduzida assim como secagem e filtração. No campo de trabalho de laboratório com vácuo pode ser fornecidos por bomba de vácuo tipo jato de água e bombas de membrana ou óleo. Tal como no caso de aplicação de energia (ver aqui) deve ser demonstrado que a geração de vácuo produz poluição adequada ou superior correspondente à conversão real devido à energia necessária. Fig. 1: Exemplo de uma bomba de jato de água Fig. 2: Exemplo de uma bomba de vácuo Qual o método de geração de vácuo é mais favorável do ponto de vista puramente ecológico não pode e não deve ser resolvida definitivamente neste texto. Uma válida conclusão sobre esta questão só pode ser feita através da análise e avaliação dos diferentes sistemas com o auxílio de um método de avaliação holística. Embora uma análise detalhada seja indispensável para afirmação confiável, o método mais favorável de geração de vácuo pode ser estimado considerando o tipo e dimensão dos diferentes impactos ambientais. Para esta 1
estimativa vários dispositivos de laboratório para a geração de vácuo foram analisadas com relação aos seus materiais e do consumo de energia e este consumo foi então avaliada. A Utilização de Bombas de Vácuo do Tipo Jato de Água Em bombas de vácuo do tipo jato de água a água sobre pressão foi escoada através de uma conecção condutora. O bocal condutor de água converte energia estática em energia cinética através da qual a velocidade do fluxo à deriva é aumentada. Atrás do bocal surge uma zona com menos pressão. Fig. 3: Funcionamento principal das bombas de vácuo tipo jato de água Devido à pressão de vapor da água, a utilização de bombas de vácuo do tipo jato de água é limitada a trabalhos com menores exigências de qualidade para o vácuo ( 16 hpa). Outra desvantagem das bombas de vácuo do tipo jato de água que é substâncias residuais voláteis (solventes) são enviadas para o esgoto de forma inevitável durante as práticas de laboratório. O desempenho de sucção de bombas de vácuo do tipo jato de água também é mais baixo comparado com as bombas de vácuo. O aspecto positivo da utilização de bombas de vácuo do tipo jato de água é o comparável baixo custo de compra e a evidentemente menor sobrecarga ecológica para a produção do equipamento. Para afirmar sobre a poluição, causada por bombas de vácuo do tipo jato de água, diferentes dispositivos foram analisados. A média de consumo de energia de fornecimento de água potável foi determinada em um estudo. 2
Consumo de Água para Geração de Vácuo Para a avaliação do consumo de água de bombas de vácuo do tipo jato de água em termos de criação de vácuo,três bombas de vácuo do tipo jato de água de diferentes fabricantes foram comparados. A seguinte estrutura experimental (Fig. 4) foi usado para isso: Fig. 4: Estrutura construída para a medição do consumo de água de bombas de vácuo do tipo jato de água: 1. manômetro de sucção lateral, 2. manômetro de água lateral, 3. bomba de vácuo do tipo jato de água, 4. válvula de controle As bombas de vácuo do tipo jato de água analisadas alcançaram seu máximo decréscimo de pressão após alguns minutos. A pressão da linha combustível de 4,8 bar foi constante durante toda a medição. O quadro 1 mostra o consumo de água determinado para as diferentes bombas de vácuo do tipo jato de água. Bomba de vácuo do tipo jato de água Material sintético Vidro 1 Vidro 2 Início do vácuo 40 40 40 hpa Vácuo após 20 min 26 36 34 hpa Consumo de água 8,74 6,95 6,57 L/min Quadro 1: Consumo de água de bombas de vácuo do tipo jato de água Como mencionado acima é verdade que nenhuma potência elétrica é usada para geração de vácuo por meio da bomba de vácuo do tipo jato de água, mas sim na produção e fornecimento de água potável. Bombas de Vácuo do Tipo Jato de Água Consumo de Energia em Cadeia Preliminar A energia utilizada para produzir e fornecer água potável, por exemplo, para bombas, deve ser atribuído diretamente à geração de vácuo por meio de bombas de vácuo do tipo jato de água. Além disso, o material e o fluxo de energia para a fabricação dos produtos que são necessárias no tratamento da água potável devem ser levados em conta. A fabricação de cloro ou 3
substâncias que previnem a corrosão para a preservação da rede de abastecimento estão inclusos a este. O quadro 2 contém dados sobre o consumo de energia e materiais para oferta de água potável a partir de vários fornecedores de água. Trabalho de água Quantidade de água potável produzida (m 3 ) Energia elétrica (kwh/m 3 ) Cloro(g/m 3 ) NaOCl (g/m 3 ) Prevenção de corrosão (g/m 3 ) 1 2655000 1,28 0,29 0,72 6,48 2 6852136 0,94 0,23 0,31 0,68 3 9813655 0,35 0,12 0,00 0,00 4 10970963 0,21 0,06 0,97 1,45 5 1236547 0,66 0,00 0,40 0,00 Quadro 2: Consumo de energia e materiais para o fornecimento de água potável Em média cerca de 670 Wh (1 Wh = 3,6 kj) de energia por m³ de água potável são necessárias na sequência destas informações. Com resultante consumo de energia de cerca de 5 Wh/min como poluição adicional para o consumo de água em um consumo de água médio de uma bomba de vácuo do tipo jato de água de cerca de 7 L/min. Após o consumo de material e energia de diferentes bombas de vácuo do tipo jato de água ter sido determinada, a utilização de bombas de vácuo será analisada no parágrafo seguinte. O Uso de Bombas de Vácuo Bombas de vácuo operadas eletricamente podem ser usadas como alternativa ao uso de bombas de vácuo do tipo jato de água. Sua desvantagem, em geral, é o elevado preço da obtenção em comparação com uma bomba de vácuo do tipo jato de água. Outras desvantagens, por exemplo, são decorrentes dos resíduos de óleo das bombas de óleo ou a necessidade de instalação de armadilhas criogênicas para condensação e com retenção dos resíduos de substâncias. Para comparar bombas de vácuo do tipo jato de água e bombas de vácuo, várias bombas foram analisadas no que diz respeito ao seu consumo energético. Vacuubrand Modelo MZ 2C/1,7 O modelo Vacuubrand MZ 2C/1,7 (capacidade de sucção de 2,4 m³/h; pressão final < 15 hpa) é uma bomba de membrana clássica. 4
Fig. 5: Estrutura para medição do consumo de energia bomba de membrana: 1. medida de energia, 2. pressão fixa/ controle, 3. bomba de membrana Vacuubrand Modelo MZ 2C/1,7 Experimento nº 1013 hpa 60 hpa 1 3,08 2,58 2 3,10 2,52 3 3,06 2,61 Consumo (Wh/min) 4 3,07 2,53 5 3,04 2,51 6 3,07 2,63 7 3,03 2,56 8 3,04 2,60 Quadro 3: Consumo de energia da bomba de vácuo Vacuubrand MZ 2C/1,7 À capacidade gasosa completa, a bomba apresenta um consumo de aproximadamente 3,1 Wh/min, sem carga gasosa mostra um consumo de cerca de 2,6 Wh/min a uma pressão máxima de 60 hpa (quadro 3). O consumo energético com e sem carga gasosa deve ser considerada como aproximadamente igual. É por isso que um consumo médio de energia de 2,8 Wh/min é atribuído às bombas independentemente da carga gasosa. Bomba de Óleo Leybold/Heraeus Modelo trivac D2A A analisada bomba de vácuo rotatória Leybold/Heraeus Modelo trivac D2A (capacidade de sucção de 2,0 m³/h) demonstrou aproximadamente igual consumo de energia a todas as pressões testadas. É de 5,4 Wh/min em média (quadro 4). 5
Fig. 6: Estrutura para medição do consumo de energia bomba de vácuo rotatória: 1. medida de energia, 2. pressão fixa/ controle, 3. bomba rotatória, 4. válvula de três vias Bomba de Óleo Leybold/Heraeus Modelo trivac D2A Experimento nº 1010 hpa 600 hpa 200 hpa 1 hpa 1 5,28 5,36 5,52 5,52 2 5,12 5,36 5,50 5,55 3 5,28 5,35 5,52 5,60 Consumo (Wh/min) 4 5,24 5,34 5,51 5,69 5 5,23 5,35 5,53 5,53 6 5,26 5,54 5,48 5,73 7 5,24 5,16 5,51 5,59 8 5,25 5,34 5,52 5,60 Quadro 4: Consumo de energia da bomba de vácuo Leybold/Heraeus Modelo trivac D2A Bomba de bancada Vacuubrand Modelo CVC 2000 Esta bomba de vácuo (capacidade de sucção de 1,6 m³/h; pressão final < 2 hpa) é uma bomba de vácuo de velocidade controlada, o que significa que o vácuo não é ajustado pela ventilação como geralmente, mas é regulado adicionalmente pelas revoluções por minuto. 6
Fig. 7: Estrutura para medição do consumo de energia bomba de bancada: 1. medida de energia, 2. pressão fixa/ controle, 3. bomba de membrana Os medições resultaram em um consumo médio de 0,94 Wh/min a plena capacidade gasosa. As medições a pressões mais baixas são menos representativas porque a bomba pára sobre a sua própria pressão quando atinge a sua meta. Por conseguinte, presume-se que o consumo de energia em funcionamento se situa acima dos valores apresentados no quadro 5, mas abaixo do consumo gasoso em completa capacidade. Bomba de vácuo controlada pela velocidade Vacuubrand CVC 2000 Experimento nº 1010 hpa 600 hpa 200 hpa 3 hpa 1 0,65 0,15 0,23 0,18 2 0,96 0,12 0,11 0,16 3 0,95 0,12 0,12 0,19 Consumo (Wh/min) 4 0,94 0,12 0,12 0,18 5 0,93 0,13 0,11 0,19 6 0,93 0,12 0,12 0,17 7 0,94 0,12 0,11 0,19 8 0,92 0,13 0,12 0,18 Quadro 5: Consumo de energia da bomba de vácuo Vacuubrand CVC 2000 Resultados Semelhante ao funcionamento dos sistemas de aquecimento (ver aqui) o uso do vácuo também tem um efeito imediato sobre o material e o consumo de energia de uma síntese e, por conseguinte, afeta o seu potencial poluente. Devido ao fato de que muitas vezes a geração de vácuo absorve a maior proporção no consumo total de energia de uma reação, vácuo só deve ser empregado se outros métodos de separação não resultarem no efeito desejado. Um alto consumo de água e análogo consumo de energia quando comparada as bombas de vácuo resulta em uma maior poluição total das bombas de vácuo do tipo jato de água. Portanto, bombas de vácuo devem ser utilizadas no lugar de bombas de vácuo do tipo jato de água para geração de vácuo a partir do ponto de vista ecológico. Entre o grande número de bombas de vácuo disponíveis, deve ser utilizados aquelas do ponto de vista ecológico, que alterem sua capacidade de sucção através do controle da velocidade. 7