INSTITUTO DE TECNOLOGIA PARA O DESENVOLVIMENTO (LACTEC)
INSTITUTO DE ENGENHARIA DO PARANÁ (IEP)
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM DESENVOLVIMENTO DE TECNOLOGIA
(PRODETEC)
CLAUDIO ADRIANO DEGER
AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE ORTOPOLIFOSFATO EM SISTEMAS DE
RESFRIAMENTO DE USINAS HIDRELÉTRICAS EM SUBSTITUIÇÃO AO
HIDRÓXIDO DE SÓDIO.
ESTUDO DE CASO DA UHE GOV. PARIGOT DE SOUZA
Dissertação apresentada como requisito final à
obtenção do grau de Mestre, no Programa de
Pós-graduação em Desenvolvimento de
Tecnologia (PRODETEC), do Instituto de
Tecnologia para Desenvolvimento (LACTEC), e
Instituto de Engenharia do Paraná (IEP), na
linha de Pesquisa Geração e Transferência de
Tecnologia.
ORIENTADORA: Profa. Dra. Helena Maria Wilhelm
Curitiba
2010
INSTITUTO DE TECNOLOGIA PARA O DESENVOLVIMENTO (LACTEC)
INSTITUTO DE ENGENHARIA DO PARANÁ (IEP)
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM DESENVOLVIMENTO DE TECNOLOGIA
(PRODETEC)
CLAUDIO ADRIANO DEGER
AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE ORTOPOLIFOSFATO EM SISTEMAS DE
RESFRIAMENTO DE USINAS HIDRELÉTRICAS EM SUBSTITUIÇÃO AO
HIDRÓXIDO DE SÓDIO.
ESTUDO DE CASO DA UHE GOV. PARIGOT DE SOUZA
Curitiba
2010
CLAUDIO ADRIANO DEGER
AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE ORTOPOLIFOSFATO EM SISTEMAS DE
RESFRIAMENTO DE USINAS HIDRELÉTRICAS EM SUBSTITUIÇÃO AO
HIDRÓXIDO DE SÓDIO.
ESTUDO DE CASO DA UHE GOV. PARIGOT DE SOUZA
Dissertação apresentada como requisito final à
obtenção do grau de Mestre, no Programa de
Pós-graduação em Desenvolvimento de
Tecnologia (PRODETEC), do Instituto de
Tecnologia para Desenvolvimento (LACTEC), e
Instituto de Engenharia do Paraná (IEP), na
linha de Pesquisa Geração e Transferência de
Tecnologia.
ORIENTADORA: Profa. Dra. Helena Wilhelm
Curitiba
2010
ii
Deger, Claudio Adriano
Avaliação do desempenho de ortopolifosfato em sistemas de
resfriamento de usinas hidrelétricas em substituição ao hidróxido de
sódio. Estudo de caso da UHE Parigot de Souza / Claudio Adriano
Deger. – Curitiba, 2010.
xv, 87f.: figs.
Orientadora: Profª. Drª. Helena Maria Wilhelm
Dissertação (Mestrado) – Instituto de Tecnologia para o
Desenvolvimento - LACTEC, Programa de Pós-Graduação em
Desenvolvimento de Tecnologia – PRODETEC.
1. Meio Ambiente. 2. Usina Hidrelétrica Governador Parigot de
Souza. I. Wilhelm, Helena Maria. II. Título. III. Instituto de Tecnologia
para o Desenvolvimento - LACTEC.
CDD 621.312134
i
ii
Dedico esta dissertação ao meu filho Felipe
e a minha esposa Janaina, pela motivação
e apoio.
iii
AGRADECIMENTOS
A Deus por mais uma oportunidade dada.
A Professora Dra. Helena Maria Wilhelm pela orientação, incentivo, ensino,
paciência e dedicação.
A COPEL pelos dados utilizados nesta dissertação, e pelo apoio de sua
equipe técnica.
Ao LACTEC pelo apoio em minha formação profissional.
Aos professores, colegas e colaboradores do LACTEC, pela troca de
experiências, conhecimentos e pela execução das análises, que foram de
fundamental importância neste trabalho.
A todos os colegas do PRODETEC pela troca de conhecimentos e
experiências pela convivência e crescimento mútuo.
Enfim,
a
todos
que,
direta
ou
indiretamente
desenvolvimento deste trabalho, meus sinceros agradecimentos
colaboraram
no
iv
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS ............................................................................................ VI
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................ VII
LISTA DE GRÁFICOS .......................................................................................... XI
LISTA DE ESQUEMAS ....................................................................................... XII
LISTA DE ABREVIATURAS E LISTA DE SIGLAS ............................................ XIII
RESUMO............................................................................................................. XIV
ABSTRACT.......................................................................................................... XV
CAPÍTULO 1 ......................................................................................................... 01
1.1. - INTRODUÇÃO ............................................................................................. 01
1.2. – HISTÓRICO DA UHEGPS E DO USO DE PRODUTOS PARA EVITAR A
BIOINCRUSTAÇÃO...................................................................................... 03
1.3. – HISTÓRICO DO USO DO OROTOPOLIFOSFATO COMO AGENTE
DESINCRUSTANTE ..................................................................................... 08
1.4. – JUSTIFICATIVA DO TRABALHO ................................................................ 14
1.5. – OBJETIVO GERAL...................................................................................... 15
1.5.1. – Objetivos específicos ................................................................... 15
CAPÍTULO 2 ......................................................................................................... 16
2.1. - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................... 16
2.2. – ORTOFOSFATOS E POLIFOSFATOS ....................................................... 16
2.2.1. – Adição de polifosfatos em água ................................................... 18
2.2.2. – Características gerais dos fosfatos .............................................. 19
2.2.3. – Ação do ortofosfato...................................................................... 20
2.2.4. – Aplicações dos polifosfatos.......................................................... 21
2.2.5. – Aspectos toxicológicos dos polifosfatos ....................................... 21
2.2.6. – Interações ortofosfato e ferro ....................................................... 22
2.3. – TROCADORES DE CALOR ........................................................................ 23
2.4. - CORROSÃO ................................................................................................ 28
2.4.1. – Corrosão microbiológica .............................................................. 29
2.4.2. – Biocorrosão por bactérias oxidantes do ferro .............................. 30
2.4.3. – Formas de evitar a corrosão ........................................................ 32
2.5. – HIDRÓXIDO DE SÓDIO.............................................................................. 33
2.6. – CLASSIFICAÇÃO DAS ÁGUAS .................................................................. 35
v
CAPÍTULO 3 ......................................................................................................... 37
3.1. - METODOLOGIA .......................................................................................... 37
3.2. – MATERIAIS E EQUIPAMENTOS ................................................................ 37
3.3. – MÉTODOS DE ENSAIOS FISICO-QUÍMICOS REALIZADOS EM
AMOSTRAS DE AGUA ................................................................................. 38
3.3.1. – Coleta da solução de hidróxido de sódio ..................................... 38
3.3.2. – Definição dos pontos de coletas das amostras............................ 39
3.3.3. – Definição dos parâmetros de análise ........................................... 42
CAPÍTULO 4 ......................................................................................................... 44
4.1. - RESULTADOS E DISCUSSÃO .................................................................. 44
4.1.1. Avaliação da coinjeção dos produtos ................................................. 44
4.1.2. Aplicação de ortopolifosfato na UHEGPS .......................................... 46
4.1.3. Avaliação do desempenho do ortopolifosfato nas bioincrustações .... 49
4.2. – AVALIAÇÃO AMBIENTAL DA SUBSTITUIÇÃO DE NaOH POR
ORTOPOLIFOSFATO ................................................................................ 51
4.2.1. Análise da solução de NaOH ............................................................. 51
4.2.2. Gráficos e tabelas dos resultados das análises de água ................... 52
4.3.
-
AVALIAÇÃO
TÉCNICA
DA
SUBSTITUIÇÃO
DE
NaOH
POR
ORTOPOLIFOSFATO .................................................................................. 69
4.3.1. Resultados das análises das temperaturas dos trocadores de
calor dos transformadores elevadores. ........................................................ 69
4.3.2. Verificação da tubulação após a adição do ortopolifosfato ................ 71
4.4. - ESTIMATIVA DO CUSTO DA SUBSTITUIÇÃO DA SOLUÇÃO DE NaOH
POR ORTOPOLIFOSFATO .......................................................................... 73
CAPÍTULO 5 ........................................................................................................ 74
5.1. - CONCLUSÕES ........................................................................................... 74
5.2. – SUJESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .......................................... 75
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 76
ANEXO 1............................................................................................................... 82
vi
LISTA DE TABELAS
TABELA 01 - VALORES MÁXIMOS ADMITIDOS SEGUNDO CONAMA 357
PARA ÁGUAS DE RIOS CLASSE I E II ............................................ 36
TABELA 02 - ANÁLISE DA BIOINCRUSTAÇÃO DA TUBULAÇÃO
ENCONTRADA NA ENTRADA DO TROCADOR DE CALOR .......... 51
TABELA 03 - RESULTADOS OBTIDOS NA ANÁLISE QUÍMICA DE UMA
AMOSTRA DE SOLUÇÃO DE NaOH UTILIZADA NOS
SISTEMAS DE RESFRIAMENTO DA UHEGPS ............................. 52
TABELA 04 - VALOR MÉDIO DAS MEDIDAS DE pH DOS SEIS PONTOS DE
COLETA DURANTE A ADIÇÃO DE: ............................................... 54
TABELA 05 - VALOR MÉDIO DAS MEDIDAS DE CONDUTIVIDADE DOS SEIS
PONTOS DE COLETA DURANTE A ADIÇÃO DE: ......................... 56
TABELA 06 - VALOR MÉDIO DAS MEDIDAS DE CONCENTRAÇÃO DE
FÓSFORO TOTAL DOS SEIS PONTOS DE COLETA DURANTE A
ADIÇÃO DE: .................................................................................... 58
TABELA 07 - VALOR MÉDIO DAS MEDIDAS DE NITROGÊNIO TOTAL DOS
SEIS PONTOS DE COLETA DURANTE A ADIÇÃO DE:. ............... 59
TABELA 08 - VALOR MÉDIO DAS MEDIDAS DE TURBIDEZ DOS SEIS
PONTOS DE COLETA DURANTE A ADIÇÃO DE:. ........................ 61
TABELA 09 - VALOR MÉDIO DAS MEDIDAS DE SÓLIDOS TOTAIS DOS SEIS
PONTOS DE COLETA DURANTE A ADIÇÃO DE: ......................... 63
TABELA 10 - VALOR MÉDIO DAS MEDIDAS DE SÓDIO DOS SEIS PONTOS
DE COLETA DURANTE A ADIÇÃO DE: ......................................... 64
TABELA 11 - VALOR MÉDIO DAS MEDIDAS DE FERRO DOS SEIS PONTOS
DE COLETA DURANTE A ADIÇÃO DE: ......................................... 66
TABELA 12 - VALOR MÉDIO DAS MEDIDAS DE ALUMÍNIO DOS SEIS
PONTOS DE COLETA DURANTE A ADIÇÃO DE:. ........................ 67
TABELA 13 - VALOR MÉDIO DAS MEDIDAS DE SILÍCIO DOS SEIS PONTOS
DE COLETA DURANTE A ADIÇÃO DE:. ........................................ 69
TABELA 14 - VALOR MÉDIO DAS MEDIDAS DE TEMPERATURA DOS
QUATRO TRASNFORMADORES. .................................................. 70
TABELA 15 - ESTIMATIVA DE CUSTO DA SUBSTITUIÇÃO DE NaOH POR
ORTOPOLIFOSFATO. .................................................................... 73
vii
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 01 - INJEÇÃO DE NaOH NO POÇO DAS BOMBAS.............................. 07
FIGURA 02 - FILTROS LOCALIZADOS NA UHEGJR, OS QUAIS SÃO IMERSOS
EM SOLUÇÃO DE ORTOPOLIFOSFATO PARA OTIMIZAR SUA
POSTERIOR LIMPEZA MECÂNICA ................................................. 08
FIGURA 03 - SISTEMA DE INJEÇÃO DE ORTOPOLIFOSFATO NO SISTEMA
DE VEDAÇÃO DA CAIXA ESPIRAL DA TURBINA DA USINA DE
MENOR PORTE (29 MW), (A) VISÃO GERAL E (B) DETALHE DO
SISTEMA UTILIZANDO UMA BOMBA AUTOMÁTICA ...................... 10
FIGURA 04 - (A) VISÃO GERAL DO TROCADOR DE CALOR; (B) TROCADOR
DE CALOR DE PLACA SENDO DESMONTADO; (C) DETALHE DAS
PLACAS COM O TROCADOR ABERTO ........................................... 11
FIGURA 05 - (A) PLACAS DO TROCADOR DE CALOR COM
BIOINCRUSTAÇÃO, (B) PLACAS APÓS A LIMPEZA MECÂNICA ... 12
FIGURA 06 - SISTEMA DE DOSAGENS DE ORTOPOLIFOSFATO NA
UHEGPS ............................................................................................ 13
FIGURA 07 - FORMA MAIS SIMPLES DE UM FOSFATO ................................... 16
FIGURA 08 - (A) - ÁCIDO PIROFOSFÓRICO E (B) - ÁCIDO
TRIFOSFÓRICO. ............................................................................. 17
FIGURA 09 - FÓRMULA GERAL DOS POLIFOSFATOS ..................................... 17
FIGURA 10 - TETRAPOLIFOSFATO OBSERVADO NO
COMPOSTO Cr2P4O13 .................................................................... 18
FIGURA 11 - POLIFOSFATO CICLÍCO DE FÓRMULA [P6O18] OBSERVADO
NA MOLÉCULA Ag6P6O18*H2O ...................................................... 18
FIGURA 12 - RELAÇÃO
DA
CORROSÃO
COM
O
AUMENTO
DA
CONCENTRAÇÃO DE ORTOFOSFATO (EM TUBO DE AÇO DE
20 mm; pH ENTRE 7,3 E 7,4 E CONCENTRAÇÃO DE
0,1 mg L-1 DE POLIFOSFATO) ..................................................... 22
FIGURA 13 - TROCADOR DE CALOR DO TIPO CONTATO DIRETO ................ 24
FIGURA 14 - TROCADOR DE CALOR DE ARMAZENAMENTO ......................... 24
FIGURA 15 - TROCADOR DE CALOR TIPO CASCO E TUBOS ......................... 25
FIGURA 16 - TROCADOR DE CALOR TIPO TUBO DUPLO ............................... 26
FIGURA 17 - TROCADOR DE CALOR TIPO PLACAS ........................................ 26
FIGURA 18 – PROCESSOS QUÍMICOS DE FORMAÇÃO DE TUBÉRCULOS ... 32
viii
FIGURA 19 – MAPA DE ENQUADRAMENTO DO RIO CAPIVARI ...................... 35
FIGURA 20 - COLETA DE AMOSTRA DA SOLUÇÃO DE HIDRÓXIDO DE SÓDIO
UTILIZADA NO SISTEMA DE RESFRIAMENTO DA UHEGPS......... 39
FIGURA 21 - COLETA DE ÁGUA NO PONTO 1 (REPRESA DO RIO
CAPIVARI) ........................................................................................ 40
FIGURA 22 - PONTO 3, (A) LOCAL DA COLETA , (B) FLUXO DA ÁGUA DO
CANAL DE FUGA AINDA DENTRO DA USINA .............................. 40
FIGURA 23 - PONTO DE COLETA 4, CANAL DE FUGA FORA DA USINA ........ 41
FIGURA 24 - PONTOS DE COLETA 5 E 6: RIO CACHOEIRA (A) ANTES E (B)
DEPOIS DO ENCONTRO COM AS ÁGUAS DO CANAL DE
FUGA DA USINA. ............................................................................ 41
FIGURA 25 - PONTOS DE COLETA PARA MONITORAMENTO DA QUALIDADE
DA ÁGUA ........................................................................................... 42
FIGURA 26 - (A) PRODUTO A BASE DE ORTOPOLIFOSFATO PURO E (B)
SOLUÇÃO DE HIDRÓXIDO DE SÓDIO (50% m/v) ......................... 45
FIGURA 27 - MISTURAS DE ORTOPOLIFOSFATO/NaOH EM DIFERENTES
PROPORÇÕES: (A) 90/10; (B) REPRESENTANDO O
RESULTADO DAS MISTURAS DE PROPORÇÕES 30/70, 50/50
70/30, E (C) 10/90 ............................................................................ 45
FIGURA 28 - FORMAÇÃO DE ORTOFOSFATO A PARTIR DA HIDRÓLISE
DO POLIFOSFATO DA SOLUÇÃO A BASE DE
ORTOPOLIFOSFATO PELA ADIÇÃO DE (●) ÁGUA E DE
(▲) 10% DE NaOH .......................................................................... 46
FIGURA 29 - VÁLVULA DE INJEÇÃO INSTALADA NO PONTO ANTERIOR
AOS RESFRIADORES. ................................................................... 48
FIGURA 30 - BOMBA INJETORA E TEMPORIZADOR INSTALADOS ................ 48
FIGURA 31 - SISTEMA COMPLETO DE INJEÇÃO, CONTENDO NO
RESERVATÓRIO, O PRODUTO DESINCRUSTANTE DILUÍDO .... 49
FIGURA 32 - TUBULAÇÃO DE MAIOR ESPESSURA COM ABERTURA DE (A)
12,5 cm DE DIÂMETRO (B) DETALHE DA FORMAÇÃO DE
INCRUSTAÇÃO EM TODO O TUBO ............................................... 50
FIGURA 33 - TUBULAÇÃO DE MENOR ESPESSURA COM ABERTURA DE 5,5
cm DE DIÂMETRO ......................................................................... 50
ix
FIGURA 34 - VARIAÇÃO DO pH NAS AMOSTRAS DE ÁGUA COLETADAS NOS
PONTOS DE COLETAS (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 E (F) 6,
DURANTE A APLICAÇÃO DE (■) NaOH
E (●) ORTOPOLIFOSFATO ........................................................... 53
FIGURA 35 - VARIAÇÃO DA CONDUTIVIDADE NAS AMOSTRAS DE ÁGUA
COLETADAS NOS PONTOS DE COLETAS (A) 1, (B) 2, (C) 3,
(D) 4, (E) 5 E (F) 6, DURANTE A APLICAÇÃO DE (■) NaOH
E (●) ORTOPOLIFOSFATO .......................................................... 55
FIGURA 36 - VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE FÓSFORO TOTAL NAS
AMOSTRAS DE ÁGUA COLETADAS NOS PONTOS DE
COLETAS (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 E (F) 6, DURANTE A
APLICAÇÃO DE (■) NaOH E (●) ORTOPOLIFOSFATO ............... 57
FIGURA 37 - VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE NITROGÊNIO TOTAL
NAS AMOSTRAS DE ÁGUA COLETADAS NOS PONTOS DE
COLETAS (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 E (F) 6, DURANTE A
APLICAÇÃO DE (■) NaOH E (●) ORTOPOLIFOSFATO ............... 59
FIGURA 38 - VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE TURBIDEZ NAS
AMOSTRAS DE ÁGUA COLETADAS NOS PONTOS DE
COLETAS (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 E (F) 6, DURANTE A
APLICAÇÃO DE (■) NaOH E (●) ORTOPOLIFOSFATO ............... 61
FIGURA 39 - VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE SÓLIDOS TOTAIS NAS
AMOSTRAS DE ÁGUA COLETADAS NOS PONTOS DE
COLETAS (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 E (F) 6, DURANTE A
APLICAÇÃO DE (■) NaOH E (●) ORTOPOLIFOSFATO ............... 62
FIGURA 40 - VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE SÓDIO NAS AMOSTRAS
DE ÁGUA COLETADAS NOS PONTOS DE COLETAS (A) 1, (B)
2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 E (F) 6, DURANTE A APLICAÇÃO DE (■)
NaOH E (●) ORTOPOLIFOSFATO ................................................ 64
FIGURA 41 - VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE FERRO NAS AMOSTRAS
DE ÁGUA COLETADAS NOS PONTOS DE COLETAS (A) 1, (B)
2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 E (F) 6, DURANTE A APLICAÇÃO DE (■)
NaOH E (●) ORTOPOLIFOSFATO ................................................ 65
FIGURA 42 - VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE ALUMÍNIO NAS
AMOSTRAS DE ÁGUA COLETADAS NOS PONTOS DE
x
COLETAS (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 E (F) 6, DURANTE A
APLICAÇÃO DE (■) NaOH E (●) ORTOPOLIFOSFATO ............... 67
FIGURA 43 - VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE SILÍCIO NAS
AMOSTRAS DE ÁGUA COLETADAS NOS PONTOS DE
COLETAS (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 E (F) 6, DURANTE A
APLICAÇÃO DE (■) NaOH E (●) ORTOPOLIFOSFATO ............... 68
FIGURA 44 - TUBULAÇÃO DE MAIOR ESPESSURA COM (A) 12,5 cm DE
DIÂMETRO (B) DETALHE DA INCRUSTAÇÃO NO INTERIOR DO
TUBO. ESSE DIÂMETRO FOI MEDIDO DESCONTANDO-SE A
QUANTIDADE DE MATERIAL INCRUSTADO............................... 72
FIGURA 45 - TUBULAÇÃO DE MENOR ESPESSURA COM 5,0 cm DE
DIÂMETRO. ESTE DIÂMETRO FOI MEDIDO DESCONTANDO-SE
A QUANTIDADE DE MATERIAL INCRUSTADO ........................... 72
xi
LISTA DE GRÁFICOS
GRÁFICO 01 - COMPARATIVO ENTRE AS TEMPERATURAS DOS
QUATRO
TRANSFORMADORES
UHEGPS
DURANTE
O
EM
PERÍODO
OPERAÇÃO
DE
INJEÇÃO
NA
DO
ORTOPOLIFOSFATO NA MÁQUNA 3
(-----) TRANSFORMADOR 1, (-----) TRANSFORMADOR 2,
(-----) TRANSFORMADOR 3, (-----) TRANSFORMADOR 4 ............. 70
GRÁFICO 02 - COMPARATIVO ENTRE AS TEMPERATURAS DO
TRANSFORMADOR 3, SEM ((-----) TRANSFORMADOR 3 EM
UM ANO ANTERIOR) E COM ((-----) TRANSFORMADOR 3) A
APLICAÇÃO DA SOLUÇÃO DE ORTOPOLIFOSFATO .................. 71
xii
LISTA DE ESQUEMAS
ESQUEMA 01 - REAÇÕES DE OXIDAÇÃO E REDUÇÃO OBSERVADAS
EM UM PROCESSO ELETROQUÍMICO ......................................... 09
ESQUEMA 02 - CONDENSAÇÃO DO POLIFOSFATO ........................................ 17
ESQUEMA 03 – DISSOCIAÇÃO DO ÁCIDO FOSFÓRICO E SUAS
CONSTANTES DE DISSOCIAÇÃO ................................................. 19
xiii
LISTA DE ABREVIATURAS E LISTA DE SIGLAS
ABNT
- ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS
COPEL
- COMPANHIA PARANAENSE DE ENERGIA
ºC
- GRAUS CELSIUS
NaOH
- HIDRÓXIDO DE SÓDIO
TCP
- TROCADOR DE CALOR DE PLACAS
UHEGJR
- USINA HIDRELÉTRICA GOVERNADOR JOSÉ RICHA
UHEGPS - USINA HIDRELÉTRICA GOVERNADOR PEDRO VIRIATO PARIGOT
DE SOUZA
xiv
RESUMO
A usina hidrelétrica Governador Pedro Viriato Parigot de Souza (UHEGPS) entrou
em operação em 1970, e desde então vem apresentando problemas de
deposição de bioincrustação nos sistemas de resfriamento das unidades
geradoras e dos transformadores elevadores. Com o aumento desta deposição
ocorre o aquecimento dos radiadores, mancais superiores e inferiores e
transformadores. Para minimizar os efeitos das bioincrustações é adicionada uma
solução de hidróxido de sódio (NaOH), a 50% (m/v), na válvula da tubulação
principal do sistema de resfriamento das unidades geradoras da UHEGPS.
Este trabalho apresenta a avaliação do desempenho de um produto à base de
ortopolifosfato como produto alternativo a solução de NaOH utilizada na
UHEGPS. Por ser o ortopolifosfato um produto de menor toxidez e não corrosivo
em comparação ao NaOH , esperou-se minimizar por meio de sua aplicação, os
riscos inerentes ao uso, estoque e manuseio desse produto, assim como os riscos
ambientais em caso de vazamento desta solução para o meio ambiente.
Por meio de medidas de temperatura do óleo dos transformadores foi possível
avaliar a eficiência do produto à base de ortopolifosfato; por meio de análises de
águas coletadas à montante e à jusante da usina foi possível avaliar os riscos
ambientais do uso do novo produto; e com a pesquisa de mercado foi feita uma
estimativa de custo para a substituição da solução de NaOH pelo ortopolifosfato.
Em suma, os resultados obtidos indicaram que, nas condições utilizadas nesse
estudo, o ortopolifosfato não foi eficiente na remoção da bioincrustração existente
na tubulação de um trocador de calor.
Palavras-chave: UHEGPS, bioincrustação, hidróxido de sódio, ortopolifosfatos,
trocadores de calor.
xv
ABSTRACT
The hydroelectric plant Governador Pedro Viriato Parigot de Souza (HPGPS)
started to operate in 1970, and since then has been presenting problems with
biofouling in the cooling system of the generator units and in the cooling system of
the elevating transformers. Due to the increase of this fouling, the temperature of
the radiators, upper and lower turbine bearings and transformers rises. To
minimize the effects of biofouling a 50 % (m/v) solution of sodium hydroxide
(NaOH) is added to the valve of the main nozzle of the cooling system of the
generating unit of the HPGPS.
This work presents the evaluation of the performance of a product based on
Ortho-polyphosphate, as an alternative product to the NaOH solution used at
HPGPS. Since the Ortho-polyphosphate is a less toxic and non-corrosive product
in comparison to the NaOH, the expectation was to minimize by its application the
inherent risks of use, storage and handling of the NaOH, as well as the
environmental risks in case of leakage of that solution to the environment.
Through the measurement of the oil temperature of the transformers it was
possible to assess the efficiency of the Ortho-polyphosphates-based product; by
means of analysis of waters collected at the upstream and downstream of the
plant it was possible to assess the environmental risks imposed by the use of the
new product; and with a market research a cost estimate of the substitution of the
NaOH solution for the ortho-polyphosphate was done.
In short, the results obtained indicated that, under the conditions in which the
study was done, the ortho-polyphosphate was not efficient in the removal of the
biofouling existing in the nozzle of a heat exchanger.
Keywords: HPGPS, biofouling, sodium hydroxide, ortho-polyphosphates
1
Capítulo 1
1.1. – INTRODUÇÃO
Os corpos de água doce constituem um componente essencial da hidrosfera
e parte indispensável dos ecossistemas terrestres, sendo necessários em todos os
aspectos da vida. Os ambientes aquáticos são utilizados em todo o mundo com
finalidades distintas, entre as quais, se destacam o abastecimento de água, a
geração de energia, a irrigação, a navegação e a aquicultura (SPERLING, 1993).
Um dos grandes desafios mundiais neste novo século é, sem dúvida,
assegurar à população a manutenção da disponibilidade hídrica, apesar das
intensas pressões antropogênicas geradas por uma dinâmica de ocupação
desordenada sobre os mananciais. A expansão espontânea da urbanização tem
gerado uma inevitável degradação dos recursos hídricos, restringindo a qualidade da
água bruta e pondo em risco os cenários futuros de abastecimento (SHEFFER,
2006).
Entre os usos da água no Brasil, a produção de hidroeletricidade é uma das
atividades que utilizam o potencial hídrico de forma intensiva. No país, a maior parte
da energia produzida provém das grandes usinas hidrelétricas. No entanto, a
construção dos grandes empreendimentos hidrelétricos modifica toda a relação local
entre o corpo de água e o meio ambiente afetando consequentemente a qualidade
da água (SILVA, 1998).
Nesse sentido, a maior procura por meios de uso racional da água em
geração de energia, com um menor impacto e maior eficiência, deve ser buscada
continuamente, pois a necessidade de aumento de disponibilidade de energia está
diretamente ligada com a qualidade de vida das pessoas.
A capacidade instalada de produção de energia no estado do Paraná em
2008 foi de 5160 MW, sendo que está em estudo a ampliação de 900 MW (COPEL,
2009) o que mostra um aumento significativo de produção e de consumo de energia
(~17%). Isso se deve ao desenvolvimento das cidades, diretamente ligado ao
aumento de produção de bens e ao desenvolvimento dos cidadãos, e tudo isso só é
possível com o aumento da disponibilidade de energia. No ano de 2008 o aumento
do consumo de energia elétrica apresentou um crescimento de 4,2% (COPEL,
2008).
2
O Brasil apresenta peculiaridades climáticas e geográficas em relação a sua
geração de energia por meio da água dos rios, as quais dificultam a comparação
com outros países que também tem forte vocação hidrelétrica, como Canadá,
Noruega e Suécia. (RIBEIRO, 2003). Estas peculiaridades exigem mudanças nos
projetos das usinas, dos transformadores e dos resfriadores, pois em locais com
climas mais quentes estes devem ser dimensionados de forma diferente em
comparação a um país onde a temperatura média anual é menor.
Em geral, a água utilizada na movimentação dos geradores para produção
de energia é, também, utilizada no sistema de resfriamento das usinas, incluindo
neste, os transformadores, o mancal guia e o mancal escora. A água do rio, que é
utilizada sem tratamento prévio (também denominada de água bruta), apresenta
diferenças substanciais ao longo do ano em função das condições climáticas, como
pluviosidade e variação da temperatura. Em alguns casos o rio recebe dejetos e
esgotos, podendo a água, neste caso, apresentar contaminação tanto por metais
pesados, solventes orgânicos quanto por agentes patológicos.
No que diz respeito ao aporte de metais em corpos aquáticos, estes também
podem ser naturalmente incorporados aos sistemas por meio de processos
geoquímicos. Fontes naturais de metais em corpos aquáticos incluem o desgaste de
rochas e de solos devido ao intemperismo (DREVER, 1988). O estudo das
características da água, como pH, condutividade, metais, nitrogênio e fósforo é
importante para avaliar os efeitos que podem ser inseridos em uma usina hidrelétrica
em decorrência da formação da bioincrustação (também descrita como tubérculos).
No sistema de resfriamento, por exemplo, este efeito é maximizado pela redução
nos diâmetros dos tubos, e essa diminuição acarreta em maior acúmulo de materiais
(orgânicos e inorgânicos) e também no aumento de velocidade de corrosão em
função da formação de colônias de bactérias biocorrosivas (fouling).
A descoberta de produtos para diminuir ou acabar com o “fouling” é de
grande importância para todas as usinas hidrelétricas que fazem uso da água sem
tratamento em seus sistemas de resfriamento, para que não ocorram paradas não
programadas ou problemas de superaquecimento nas unidades geradoras e nos
transformadores elevadores.
3
1.2. – HISTÓRICO DA UHEGPS E DO USO DE PRODUTOS PARA EVITAR A
BIOINCRUSTAÇÃO
A Usina Governador Pedro Viriato Parigot de Souza (UHEGPS) situada na
vertente marítima da serra do mar (PR), aproximadamente a 25º de latitude Sul,
possui quatro unidades geradoras com potência nominal de 62,5 MW, totalizando
250 MW. As águas do Rio Capivari são represadas por uma barragem de terra de 50
m de altura e conduzidas à usina por um sistema de derivação, com 14 km de
adição e 1084 m de conduto forçado subterrâneo. O volume total do reservatório é
cerca de 180 milhões de metros cúbicos, sendo o volume útil em torno de 150
milhões, para cota máxima de 845 metros (COSTA e ZIMMER, 1983).
A usina é subterrânea, com três cavernas distintas, sendo uma para o
repartidor com válvulas esféricas, outra para os grupos hidrogeradores e, a última,
para os transformadores. O canal de restituição é em parte subterrâneo (2.200 m) e
a céu aberto no final (200 m), até descarregar no Rio Cachoeira (COSTA e ZIMMER,
1983).
Esta usina entrou em operação em 1970, e desde então vem apresentando
problemas de deposição de bioincrustação (“fouling”) nos sistemas de resfriamento
das unidades geradoras e dos transformadores elevadores. Com o aumento desta
deposição ocorre o aquecimento dos radiadores, dos mancais superiores e inferiores
e dos transformadores.
O sistema de resfriamento das unidades geradoras é composto por
serpentinas para os mancais guia/escora do gerador e guia da turbina, além de
trocadores de calor ar-água para as partes ativas do gerador (ROHRICH e
OLIVEIRA, 1995).
Para minimizar os efeitos da bioincrustação o programa de manutenção da
usina previa inicialmente limpezas mecânicas periódicas das tubulações. Isso, além
de representar uma grande quantidade de trabalho para as equipes de manutenção,
exigia constantes e longos desligamentos dos equipamentos.
O sistema de resfriamento dos transformadores é composto por trocadores
de calor óleo-água, cuja limpeza pode ser feita somente por escovamento, sem
necessidade de desenergisação do equipamento (ALBERTI et al., 1993).
Essas bioincrustações vão aos poucos dificultando a troca de calor nas
serpentinas e radiadores fazendo com que a temperatura de operação se eleve
gradualmente. Quando esta temperatura atinge uma temperatura limite, um sinal é
disparado alertando para o aumento. Caso não sejam tomadas providências e a
4
temperatura continue a aumentar o equipamento é desligado, em um segundo
estágio, devido ao sobreaquecimento.
Desta forma, foi sempre uma preocupação primordial a melhoria da
eficiência do sistema de refrigeração. Em função disto e da dificuldade na realização
de limpeza mecânica, a equipe de manutenção da UHEGPS optou por avaliar a
eficiência de produtos químicos na água de refrigeração visando alcançar este
objetivo.
Segundo relatórios da COPEL já em outubro de 1971 começaram os
estudos de aplicação de produtos químicos na água de refrigeração do sistema de
resfriamento da usina para minimizar os depósitos das bioincustações.
Inicialmente foi indicado o uso de produtos de dois fabricantes: QUIMINASA
e NALCO. A primeira empresa recomendou o uso de três produtos: 1)“Protar-NC”,
um inibidor de corrosão; 2)“Nesafloc”, que é um dispersante específico para sistema
de água de resfriamento; e 3)“Bioquim-BD”, um agente biocida de alto espectro, ou
seja, que abrange uma vasta gama de microrganismos. Porém, devido ao elevado
preço, a possibilidade de uso desses três produtos foi descartada. O segundo
fornecedor recomendou o uso de dois produtos: 1)“Biocida NALCO-321”, um produto
indicado como anti-fouling; e 2)“Dispersante NALCO-7348”, um biocida com
dispersante. Estes produtos foram testados juntamente com o fabricante a partir da
comparação de duas máquinas recém limpas onde, em uma, foram adicionados os
produtos indicados e na outra não. Os experimentos duraram 98 dias e neste teste,
a máquina que não recebia produtos químicos teve necessidade de limpeza manual
dos trocadores de calor e também limpeza dos mancais do gerador em virtude da
elevação de temperatura, enquanto que, a máquina que recebeu os produtos
químicos continuava operando sem manutenção (COPEL, 1980 e COPEL, 1985).
Com base nestes resultados foi feita a aplicação dos produtos químicos na
usina, com poucas alterações ao longo dos anos de uso conforme descrito na
sequência:
- Em 1972 – Utilização de uma bomba dosadora para os dois reservatórios
de água, uma bomba dosadora para o poço das bombas e uma bomba dosadora
para o grupo gerador.
- De 1973 a 1979 – Adição de dosagens manualmente nos reservatórios e
no poço das bombas.
- De 1980 a 1984 – Utilização de bomba dosadora na tubulação principal do
sistema de refrigeração.
5
Porém a eficiência alcançada pelos produtos químicos teve resultados
controversos ao longo dos anos de uso. Apesar das mudanças de dosagens dos
produtos, a frequência de limpeza nos trocadores de calor sempre foi mensal, o que
demonstrou que a eficiência não era adequada, contribuindo apenas para a
oneração do processo de manutenção.
Sendo essa eficiência questionada e os custos de produção relativamente
altos, a partir de outubro de 1984 o uso destes produtos foi suspenso.
Contudo, a partir de 1984 foi feito um estudo sobre outras possibilidades que
pudessem minimizar a formação de bioincrustação.
Uma das sugestões foi a instalação de um sistema de aeração no
reservatório, que injetaria ar comprimido a 40 m de profundidade, formando uma
cortina de bolhas de ar subindo à superfície, criando assim uma corrente
ascendente, desfazendo as camadas de estratificação. Com a estratificação,
criariam-se diferentes ambientes estáveis em termos de iluminação, temperatura e
pressão, surgindo o desenvolvimento de algas que necessitam de condições
características para seu desenvolvimento, como luz e calor. Esse processo foi
baseado no artigo de BERNARDT (BERNARDT, 1967).
Segundo relato da COPEL, em agosto de 1984 entrou em operação o
aerador no reservatório e até a data de fevereiro de 1985 nada se concluiu sobre a
eficiência do sistema. O processo não teve prosseguimento visto que foram
mantidas as limpezas manuais na mesma frequência e a continuidade demandaria
complexos estudos e investimentos elevados (COSTA e ZIMMER, 1983).
Outra sugestão dada foi o uso de um sistema “Taprogge”. Este sistema
consistia em fazer circular, por meio das tubulações, esferas de borracha com
superfície esponjosa, as quais arrastariam toda a incrustação e depósitos, retirandoos do trocador. Tais artefatos se movimentariam em circuito fechado, por uma
instalação especial que injetaria as esferas no início, recuperando-as na saída do
trocador, sem provocar danos à tubulação. No entanto não há registros de que esse
sistema foi testado e/ou avaliado (COSTA e ZIMMER, 1983).
Alternativamente foi estudada a instalação de um circuito fechado de
refrigeração. Essa sugestão indicava ser a solução definitiva para os problemas de
bioincrustação, porém também não foi adotada, tendo em vista o alto custo de
implantação, em razão da usina ser do tipo subterrâneo e a dissipação do calor
gerado teria que ser feita na parte externa, o que exigiria dupla tubulação (ida e
volta) ao longo da galeria de acesso, que tem 1.200 m, além da instalação da uma
estação de tratamento e bombeamento de água (COSTA e ZIMMER, 1983).
6
A partir de 1985 as limpezas dos radiadores ar-água foram efetuadas, ou
pelo processo de escovação, o qual exigia a desmontagem dos mesmos, ou pela
aplicação de ar comprimido e água, o qual era mais rápido em comparação a
escovação, porém menos eficiente. E nas serpentinas dos mancais, em situações de
emergência, era utilizada em circuito fechado, uma solução de 10% fosfato trisódico
por um período de duas horas.
Somente mais tarde, em 1990, com a parada geral da usina, foi possível
analisar amostras de sedimentos de diversas partes da tubulação e a partir disto, foi
proposta uma metodologia economicamente viável, para minimizar a deposição do
“fouling” nos sistemas de resfriamento da UHEGPS. Inicialmente, foram realizados
testes de laboratório com os sedimentos retirados das tubulações. Foi observado
que sob agitação em água destilada era obtido um pH igual a 6,9 e que, na ausência
da agitação, a suspensão sedimentava em poucos minutos, deixando a solução
sobrenadante completamente transparente. Porém quando o pH da solução foi
elevado até 7,5 a partir da adição de uma solução de NaOH ocorria uma certa
estabilização do colóide de ferro – (Fe(OH)3), que apesar de pouco solúvel,
permanecia em suspensão e consequentemente uma menor sedimentação foi
observada. Para valores de pH superiores a 9,5 foi observada a formação de uma
suspensão homogênea e vermelha muito estável (ALBERTI et al., 1993). Estes
resultados indicaram que o NaOH poderia evitar a deposição dos sedimentos sobre
a superfície interna das tubulações.
Desta forma, em maio de 1993 teve início a injeção de uma solução de
NaOH diretamente no poço das bombas de alimentação do sistema de resfriamento
geral da usina, conforme ilustrado na Figura 01.
7
Figura 01 - Injeção de NaOH no poço das bombas.
Fonte: ALBERTI et al., 1993.
Em função da eficiência da metodologia de limpeza pelo uso do NaOH foi
desenvolvido e implantado um sistema automático de adição, em substituição ao
método manual, com o objetivo de reduzir custos relativos principalmente aos gastos
com produtos, mão de obra e também com o objetivo de obter maior confiabilidade
quanto ao controle do pH e, por consequência, maior eficiência de limpeza
(ROHRICH, 1995). Esse sistema implantado controla a injeção automática da
solução de NaOH a 50% na válvula da tubulação principal do sistema de
resfriamento das unidades geradoras da UHEGPS, para manter o pH da água de
resfriamento na faixa de 8,0 a 8,5. Esse sistema continua operando atualmente, em
2010, sem alterações em seu diagrama.
8
1.3. – HISTÓRICO DO USO DE ORTOPOLIFOSFATO COMO AGENTE
DESINCRUSTANTE
Neste trabalho foi utilizada uma solução composta de ortofosfatos e
polifosfatos, que seguindo a nomenclatura da norma ABNT NBR 15007-1 será
denominada neste trabalho pelo nome genérico de ortopolifosfato (ABNT
NBR15007-1, 2003).
A usina de Salto Caxias recentemente renomeada de Usina Governador José
Richa (UHEGJR), já utiliza há, aproximadamente, 8 anos o ortopolifosfato para
facilitar a limpeza dos filtros ilustrados na Figura 02. Porém a forma de aplicação
deste produto difere em relação ao uso do NaOH na UHEGPS. Ao invés do produto
ser adicionado juntamente com o fluxo de água, os filtros são retirados da linha e
mergulhados na solução de ortopolifosfato para então serem limpos mecanicamente.
Essa rotina facilita a limpeza em comparação à limpeza dos filtros sem o tratamento
prévio com ortopolifosfato.
Figura 02 – Filtros localizados na UHEGJR, os quais são imersos em solução de
ortopolifosfato para otimizar sua posterior limpeza mecânica.
Fonte: LOMBARDI et al., 2004.
O produto utilizado na UHEGJR tem sido adquirido de uma empresa fixada na
região metropolitana de Curitiba-PR. Segundo o fabricante do produto, trata-se de
uma formulação aquosa à base de fosfatos inorgânicos de elevado número de
condensação.
O fabricante indica o uso do ortopolifosfato no tratamento de água potável,
para manter estáveis a cor e turbidez e, também, em sistemas de tratamento de
9
água, como auxiliar na prevenção de bioincrustação e controle de corrosão em
redes de distribuição (CLANOX, 2010).
O produto a base de ortopolifosfato atua pela complexação com íons
metálicos inibindo o crescimento de ferro bactérias, naturais em águas de superfície,
e pela formação de um filme protetor na superfície das tubulações e partes metálicas
impedindo a formação de bioincrustação (CLANOX, 2010).
As reações do Esquema 1 exemplificam um processo eletroquímico genérico.
No caso da corrosão do ferro na água, as reações que ocorrem são as apresentadas
no Esquema 01, sendo que o composto final formado é o óxido de ferro (Fe2O3),
produto conhecido da corrosão (GENTIL, 1970).
Área anódica: Fe(s) → Fe2+(aq) + 2eÁrea catódica: O2(g) + 2e- + ½ O2(g) → 2 OH-(aq)
A ferrugem, Fe2O3.H2O, vai se formar numa região intermediária entre a área
catódica e a anódica.
Fe2+(aq) 2OH-(aq) → Fe(OH)2(s)
2 Fe(OH)2(s) + ½ O2(g) + H2O(l) → 2 Fe(OH)3(s) ou Fe2O3.H2O(s)
Esquema 01 – Reações de Oxidação e Redução observadas em um processo
eletroquímico.
Fonte: GENTIL, 1970.
Segundo o fabricante os principais ingredientes do produto a base de
ortopolifosfato são (CLANOX, 2010):
• hexametafosfatos;
• ortofosfatos;
• agentes desincrustantes; e
• inibidores de corrosão.
E, as vantagens decorrentes de seu uso são (CLANOX, 2010):
• Desincrustação total das tubulações ao longo do tempo.
• Não requer paralisações e não altera a rotina de trabalhos da usina.
• O agente aplicado tem ação inibidora de corrosão.
• Não
causa
esforços
desnecessários,
abrasão
ou
fadiga
equipamentos, alongando sua vida útil e reduzindo custo operacional.
nos
10
• O agente testado é absolutamente seguro no manuseio, não causando
riscos aos funcionários pela utilização de produtos químicos agressivos.
As primeiras pesquisas feitas por LOMBARDI (LOMBARDI et al, 2004)
demonstraram resultados satisfatórios com o uso do produto a base de
ortopolifosfato na água de resfriamento/condicionamento de uma usina de menor
porte (29 MW). Nestes testes foi injetada uma solução de ortopolifosfato
recomendada pelo fabricante, a uma concentração de 5 mg L-1, por um período de
aproximadamente quatro meses. A solução foi adicionada ininterruptamente por
meio de um sistema automatizado instalado na usina, conforme mostrado na Figura
03.
(A)
Figura 03 - Sistema de injeção de ortopolifosfato no sistema de vedação da caixa
espiral da turbina da usina de menor porte (29 MW): (A) Visão geral e (B) detalhe do
sistema utilizando uma bomba automática.
Fonte: LOMBARDI et al., 2004.
Com a adição do produto foi constatado que não houve diminuição da vazão
de água de resfriamento do eixo da turbina ao longo do tempo, não sendo mais
necessário fazer paradas de máquinas para limpeza das tubulações. Além da
constatação da continuidade da vazão, em uma parada do sistema, foi feita uma
inspeção na tubulação verificando-se que a mesma se encontrava livre de
bioincrustação (LOMBARDI et al., 2004).
Também na UHEGPS foram feitos testes com adição da solução de
ortopolifosfato, porém, neste caso sendo esta diretamente injetada nos trocadores
de calor de placas, que realizam a troca térmica do óleo isolante utilizado nos
(B)
11
transformadores elevadores (LOMBARDI et al., 2004). Os testes tiveram a duração
de sete meses. As bioincrustações acarretam uma perda de eficiência na troca
térmica do trocador e, consequentemente, o equipamento não opera de maneira
satisfatória aumentando a temperatura do óleo dos transformadores. As Figuras 04 e
05 mostram o trocador de calor, a desmontagem do mesmo e as bioincrustações
existentes.
(A)
(B)
(C)
Figura 04 – (A) Visão geral do trocador de calor; (B) trocador de calor de placa
sendo desmontado; e (C) detalhe das placas com o trocador aberto.
Fonte: LOMBARDI et al., 2004.
12
(A)
(B)
Figura 05 – (A) Placas do trocador de calor com bioincrustação, (B) Placas após a
limpeza mecânica.
Fonte: LOMBARDI et al., 2004.
Cada uma das quatro unidades geradoras da UHEGPS possui dois
trocadores de calor alimentados pela mesma caixa d’água. Estes trocadores estão
ligados em paralelo, ou seja, o segundo trocador somente entra em operação
quando apenas um deles não é capaz de realizar a troca térmica necessária para o
resfriamento do óleo. A aplicação de ortopolifosfato nos trocadores de calor está
exemplificada na Figura 06.
13
Solução de
ORTOPOLIFOSFATO
Dosagem de
ORTOPOLIFOSFATO
TC1 TC2 OQ –
OF –
AF –
AQ –
Trocador de Calor 1
Trocador de Calor 2
Óleo quente
Óleo frio
Água fria
Água quente
AF
OQ
OQ
TC1
TC2
OF
AQ
OF
AQ
Figura 06 – Sistema de dosagens de ortopolifosfato na UHEGPS.
Fonte: LOMBARDI et al., 2004.
Nesses testes na UHEGPS os resultados obtidos também foram satisfatórios,
demonstrando a eficiência do ortopolifostato na desincrustação das tubulações e dos
trocadores de calor, possibilitando assim a manutenção das temperaturas em níveis
satisfatórios à operação.
Em razão dos resultados positivos encontrados com o uso do produto a base
de ortopolifosfato, foi vislumbrada a pesquisa de injeção da mesma solução em uma
usina de médio porte e em todo seu sistema de resfriamento. A usina escolhida foi a
de UHEGPS, pois apresentava o maior histórico de pesquisas realizadas neste
âmbito, na tentativa de eliminar ou reduzir os problemas gerados pelas
bioincrustações, cujos resultados obtidos estão apresentados neste trabalho.
14
1.4. – JUSTIFICATIVA DO TRABALHO
Bioincrustações no sistema de resfriamento de uma usina podem acarretar
perdas na eficiência da troca térmica dos trocadores de calor e consequentemente,
prejudicar a operação satisfatória dos equipamentos aumentando a temperatura do
óleo dos transformadores.
A UHEGPS vem despendendo esforços para solucionar o problema de
formação de bioincrustação no sistema de resfriamento da UHEGPS. No entanto, o
problema persiste de forma intensa, inclusive ao longo de todo o sistema de
resfriamento. Sabendo que essa formação de bioincrustação poderá levar a usina a
uma interrupção na sua geração de energia, foi realizada a presente pesquisa
visando contribuir na busca de soluções para este problema. Além de ser
tecnicamente eficiente, a solução proposta não deve apresentar riscos operacionais
e ao meio ambiente em que a usina está inserida.
Levando em consideração todos esses aspectos e as políticas públicas de
uso racional da água, foi avaliada nesta pesquisa a aplicação de um produto a base
de ortopolifosfato em substituição a solução de NaOH, atualmente utilizada na água
de resfriamento da usina de UHEGPS. Para avaliar a viabilidade dessa substituição
foi analisada a eficiência do produto, os riscos ambientais decorrentes de seu uso e
do uso do NaOH e a estimativa de custo dessa substituição.
15
1.5. – OBJETIVO GERAL
Avaliar o desempenho de uma solução de ortopolifosfato em um sistema de
resfriamento da UHEGPS em substituição a solução de hidróxido de sódio.
1.5.1. – Objetivos específicos
• Avaliar o efeito de adição de NaOH à jusante da UHEGPS.
• Avaliar o efeito de adição de ortopolifosfato à jusante da UHEGPS.
• Monitorar a temperatura dos trocadores de calor durante o uso dos
produtos.
• Instalar um sistema de injeção de ortopolifosfato.
• Avaliar a eficiência do ortopolifosfato como agente desincrustante, a partir
de análises da bioincrustação nas tubulações, antes e após sua adição no
sistema.
16
Capítulo 2
2.1. – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Este capítulo contém uma revisão bibliográfica dos dois principais produtos
químicos utilizados como agentes desincrustantes (ortopolifosfatos e NaOH), assim
como uma descrição dos equipamentos (trocadores de calor), dos problemas
proveniente da corrosão microbiológica e da qualidade da água.
2.2. – ORTOFOSFATOS E POLIFOSFATOS
Os polifosfatos também são conhecidos por fosfatos condensados. A
primeira menção sobre estes compostos datam de 1816, quando Berzelius
apresentou produtos formados a partir da ignição de ácido ortofosfórico que tinham a
capacidade de precipitar proteínas (KULAEV et al, 2004). Graham (1833) descreveu
o fosfato vítreo obtido a partir de NaH2PO4, acreditando que tinha obtido e isolado
um composto puro de fórmula NaPO3. Graham chamou este composto de
‘metafosfato’. Mais tarde, Fleitmann e Hennenberg (1848) demonstraram que o
‘metafosfato’ tinha como fórmula geral MPO3 (onde o M era hidrogênio ou um metal
monovalente) e se tratava na verdade uma mistura de diferentes compostos tendo
vários graus de polimerização. Diversos estudos aprofundados sobre o tema foram
feitos durante os 100 anos seguintes (KULAEV et al, 2004).
A forma mais simples de um fosfato é o ortofostato (PO4-3) conforme mostrado
na Figura 07.
Figura 07 - Forma mais simples de um fosfato.
Fonte: KULAEV et al, 2004.
O íon pirofosfato (P2O7-3), ilustrado na Figura 08 (A), foi o primeiro de uma
série
de
substâncias
chamadas
polifosfatos,
que
foram
condensação do ortofosfato conforme mostrado no Esquema 02.
produzidas
pela
17
2PO4-3(s) + H2O(l) ↔ P2O7-4(s) + 2 OH-(aq)
Esquema 02 – Condensação do Polifosfato.
Fonte: MANAHAN, 2005.
Uma segunda série de polifosfatos apresenta a fórmula química P3O10-5, cuja
fórmula estrutural está apresentada na Figura 08 (B). Estas espécies consistem em
moléculas de fosfato na forma tetraédrica compartilhando um átomo de oxigênio em
comum (MANAHAN, 2005).
(A)
(B)
Figura 08 - (A) - Ácido pirofosfórico e (B) - Ácido trifosfórico.
Fonte: MANAHAN, 2005.
É possível a produção de uma grande variedade de fosfatos condensados
tendo mais de três átomos de fósforos ligados uns aos outros sendo estes
separados por átomos de oxigênio como mostrado na fórmula geral de um ânion
polifosfato, descrito na Figura 09 (HANDBOOK OF FOOD ADDITIVES, 1972).
Figura 09 – Fórmula geral dos polifosfatos.
DURIF (1996) apresenta a classificação dos polifosfatos em duas categorias.
A primeira delas corresponde aos compostos ligados a uma cadeia linear, esses
compostos têm como formula geral [PnO3n+1]-(n+2) ou estrutural conforme apresentada
na Figura 10.
18
Figura 10 - Tetrapolifosfato observado no composto Cr2P4O13.
Fonte: DURIF, 1996.
A segunda forma de classificação feita por DURIF corresponde aos
ciclofosfatos, essa formação apresenta uma fórmula geral [PnO3n]–n. Um destes
compostos está mostrado na Figura 11.
Figura 11 - Polifosfato cíclico de fórmula [P6O18] observado na molécula
Ag6P6O18*H2O.
Fonte: DURIF, 1996.
2.2.1. - Adição de polifosfatos em água
Polifosfatos são fortes agentes quelantes, para cálcio, magnésio, ferro e
outros metais em menor concentração. Esses produtos são utilizados para reduzir e
limpar bioincrustações em tubulações de distribuição de água, retirando a coloração
(vermelha) agindo como sequestrador do íon Fe+2 e dispersando colóides de
hidróxido de ferro (AWWA, 1996)
19
2.2.2. - Características gerais dos fosfatos
Os diferentes fosfatos em geral possuem características químicas em
comum. Essas estão diretamente relacionadas com a estrutura dos mesmos. Em um
estudo das estruturas dos fosfatos, CORBRIDGE descreve que estes ânions estão
na forma tetraédrica, onde o átomo de fósforo é rodeado por quatro átomos de
oxigênio. Essa estrutura tetraédrica permite a polimerização e formação de
substâncias muito similares aos compostos de carbono. Por exemplo, essa estrutura
permite uma longa cadeia chamada polifosfatos a qual se enrola de forma helicoidal
e ocorrem interações com proteínas alimentares. Essa estrutura explica a habilidade
de uma cadeia longa de polifosfato de complexar ou sequestrar os íons metálicos
em alimentos (CORBRIDGE, 2000 e FURIA, 1972).
Todos os fosfatos possuem propriedades de alta troca de ânions, isso é
frequentemente demonstrado pela suas curvas de titulação dos ácidos. Ácidos tri ou
tetrametafosfórico têm suas curvas de titulação similares às curvas do ácido
fosfórico. A curva de titulação do H3PO4 possui três pontos de inflexão conforme
mostrado no Esquema 03, um ponto fortemente ácido em um pH próximo de 4,5 (A),
outro em um ponto ácido mais fraco com o pH próximo a 7 (B); outro em um ácido
muito fraco em um pH próximo a 10 (C). São encontrados pontos de inflexão
similares quando os ácidos piro e tripolifosfofórico são titulados. Em geral longas
cadeias de ácidos polifosfóricos apresentam apenas dois pontos de inflexão um
próximo a pH 4,5 e outro próximo a pH 10. O primeiro ponto demonstra propriedades
de um ácido muito mais forte que o segundo. Como resultados destas propriedades
têm-se que os polifosfatos reagem como polieletrólitos e as propriedades dos
polieletrólitos aumentam com o aumento das cadeias (FURIA, 1972).
H3PO4 → H2PO4- + H+
Ka1=7,11 10-3
(A)
H2PO4- → HPO42- + H+
Ka2=6,32 10-8
(B)
HPO42- → PO43- + H+
Ka3=7,10 10-13
(C)
Esquema 03 – Dissociação do ácido fosfórico e suas constantes de dissociação.
Fonte: (DENARO, 1974; NEVES, 2006)
BATRA em seu estudo encontrou uma relação direta entre as propriedades
de ionização de vários polifosfatos e suas habilidades de formar complexos solúveis
com metais alcalinos e alcalinos terrosos. Essa capacidade é diretamente
proporcional ao aumento das cadeias de polímeros (BATRA, 1964).
20
A capacidade dos polifosfatos complexarem íons metálicos tem sido
estudada por VAN WAZER (1964), IRANI e CALLIS (2007). Esses autores têm
obtido resultados onde uma longa cadeia de polifosfatos atua como agente
fortemente complexante para metais alcalinos e íons de metais pesados. Foi
proposto que a formação de um complexo solúvel é o resultado da competição do
íon metálico e o ânion “sequestrador”. Como resultado, a formação de um complexo
cátion-ânion previne a precipitação do cátion metálico (FURIA, 1972).
2.2.3. - Ação do Ortofosfato
O ortofosfato forma filmes passivantes em sítios anódicos para suprimir as
reações de corrosão eletroquímica. Normalmente estes ortofosfatos se apresentam
nas formas de ácido fosfórico (H3PO4), fosfato de sódio monobásico (NaH2PO4),
fosfato de sódio dibásico (Na2HPO4) e fosfato de sódio tribásico (Na3PO4). Os
compostos de ortofosfato de sódio, também chamados de fosfatos cristalinos, têm
sido usados extensivamente na América do Norte e Europa, isolados ou em misturas
para hidratação e estabilização de polifosfatos (AWWA, 1996).
Muitos produtos comerciais usados contêm misturas de ortofosfato de sódio
e polifosfato. As quantidades de P2O5 são limitadas na Alemanha em uma
concentração máxima de 5 mg L-1 na água tratada. Em muitos casos, misturas de
orto e polifosfatos são utilizadas, combinando a proteção contra corrosão com a
retirada de coloração da água em função da complexação do ferro solúvel. O
mesmo efeito ocorre quando apenas polifosfatos são utilizados, que em função da
sua hidrólise geram o ortofostafo, sendo este inibidor da corrosão. Essa condição
deve ocorrer nos sistemas de resfriamento, foco de estudo deste trabalho, uma vez
que a hidrólise acontece na presença de água. A fração de ortofosfato formada em
função da hidrólise do polifosfato varia de 5 a 40% m/v. Altas concentrações de
ortofosfato oferecem maior proteção contra corrosão, enquanto altas concentrações
de polifosfato resultam em maior sequestramento (AWWA, 1996).
Testes executados por STICHEL compararam os efeitos de ortofosfatos e
polifosfatos em água quente. Os ortofosfatos reduziram a corrosão em geral,
entretanto a mistura de polifosfatos e ortofosfatos em água quente reduziu
significativamente a corrosão. Esta aparente contradição com a ação sequestrante
do polifosfato pode ser explicada pelo comportamento do polifosfato que hidrolisa
em maior quantidade em água quente (STICHEL, 1981).
21
2.2.4. – Aplicações dos polifosfatos
Polifosfatos compõe a formulações de alguns detergentes, onde tem a
principal função de diminuir a dureza da água, por apresentarem a capacidade de
complexar com os íons Ca2+ e Mg2+. Os polifosfatos auxiliam na função dos
tensoativos devido à capacidade dispersante e tamponante que apresentam
(HOURANT, 2004).
Diversos tipos de polifosfatos são utilizados como agentes dispersantes e
defloculantes na produção de cerâmicas e refratários. Na composição de tintas, os
polifosfatos funcionam como agentes dispersantes, permitindo a distribuição de
cargas iônicas de compostos solúveis e insolúveis, desta forma, estabilizando a
emulsão (HOURANT, 2004).
Polifosfatos no estado sólido vêm sendo utilizados como fertilizantes de
plantas, servindo como nutriente de fósforo e de outros minerais como K+ e Ca+ (LEE
e KANG, 2005).
Os polifosfatos possuem também muitas aplicações na indústria alimentícia,
em sucos de frutas são utilizados principalmente para estabilizar a vitamina C por
apresentarem capacidade antioxidante. Alguns polifosfatos são adicionados em
algumas bebidas energéticas como suplementos nutricionais dos minerais: fósforo,
potássio e cálcio. Ainda na indústria alimentícia, os polifosfatos são utilizados no
processamento de ovos, leites, cereais, óleos e gorduras devido à capacidade
tamponante, antioxidante e estabilizante de um modo geral. Os polifosfatos também
inibem as degradações microbiológicas e enzimáticas destes alimentos (HOURANT,
2004).
Diversos produtos utilizados na higiene bucal, como dentifrícios possuem
polifosfatos em sua composição, onde atuam na remoção de cálculos dentários
(WHITE e GERLACH, 2000).
2.2.5. – Aspectos toxicológicos dos polifosfatos
Dados
toxicológicos
sobre
os
polifosfatos
quanto
à
administração
endovenosa são escassos. Porém, há muitos estudos que indicam a segurança do
consumo de polifosfatos por ingestão. Tais pesquisas indicam que os polifosfatos
são degradados pelo trato intestinal antes de serem absorvidos na forma de
monofosafto de difosfatos (OMS, 1964).
22
Estudos de toxicidade aguda para a administração oral de polifosfato
(hexametafosfato de sódio) indicam valores de dose letal em 50% dos indivíduos
(DL50) de 3,7 g kg-1 para camundongos e 2,4-2,9 g kg-1 para ratos. Por administração
via intraperitoneal, têm-se a DL50 de 0,19-0,69 g kg-1 para ratos e 0,87 g kg-1 para
camundongos. Na administração intraperitoneal de polifosfatos em coelhos, em uma
dose de 0,14 g kg-1 não se observou sinais de toxicidade (LENIGAN, 2001).
Considera-se que a dose máxima diária de ingestão de fósforo recomendável para
humanos é de 70 mg kg-1(WEINER, 2001).
2.2.6. – Interações ortofosfato e ferro
Ortofosfatos podem reduzir a corrosão de aço e eles têm um forte impacto
na proporção do ferro-livre. Na Figura 12 está mostrada a corrosão e proporção de
ferro-livre em função da concentração de ortofosfato. Pequenas quantidades de
ortofosfato reduzem a proporção de ferro-livre. Aumentando a concentração de 0,5
para 1,0 mg L-1 de ortofosfato na água, o ferro-livre é diminuído em dois terços.
Pesquisas feitas em Seattle por BENJAMIN e equipe mostraram que para água de
torneira, com um pH igual a 8,0, foi necessária a adição de 3,0 mg L-1 de ortofosfato,
para que a corrosão diminuísse em dois terços (BENJAMIN, 1990).
Figura 12 – Relação da corrosão com o aumento da concentração de ortofosfato
(em tubo de aço de 20 mm; pH entre 7,3 e 7,4 e concentração de 0,1 mg L-1 de
polifosfato).
Fonte: adaptado de AWWA, 1996.
KOUDELKA também sugere que a presença de alta concentração de íons
cálcio acelera a degradação do polifosfato para ortofosfato, e a degradação do
23
polifosfato também aumenta com o aumento do pH. Com isso, pode-se concluir que
filmes protetores de ortofosfatos provenientes de polifosfato de sódio são
favorecidos em pH mais altos (KOUDELKA, 1982).
2.3. – TROCADORES DE CALOR
Equipamentos como os trocadores de calor são, em um sistema de
resfriamento de uma usina hidrelétrica, os mais afetados com a formação de
bioincrustação, pois, em geral, possuem restrições de espaço. No caso dos
trocadores de placas, cujas placas ficam próximas umas das outras, por exemplo, a
formação de bioincrustação faz com que o equipamento deixe de operar
satisfatoriamente.
O processo de energia térmica entre dois ou mais fluidos em diferentes
temperaturas e separados por uma fronteira sólida, é muito comum em aplicações
de engenharia. O dispositivo usado para efetivar esta troca térmica é o trocador de
calor, que tem aplicações específicas no aquecimento e no resfriamento de
ambientes, no condicionamento de ar, na produção de energia e na recuperação de
calor (SAITO, 2003).
Os trocadores de calor podem ser classificados de acordo com o processo
de transferência, grau de compactação da superfície, tipo de construção e da
disposição das correntes dos fluidos (INCROPERA et al., 1992). De acordo com o
processo de transferência a troca térmica pode ocorrer por meio do contato direto ou
indireto entre fluidos. No contato direto o calor é transferido diretamente entre os
fluidos imiscíveis quentes, como mostrado na Figura 13, (Tqe e Tqs indicam as
temperaturas do fluido quente na entrada e na saída), e frios (Tfe e Tfs indicam as
temperaturas do fluido frio na entrada e na saída). Geralmente um dos fluidos é
gasoso enquanto que o outro é vapor ou um líquido sob baixa pressão. No contato
indireto, o calor é primeiro transferido do fluido quente para uma superfície sólida e
em seguida para o fluido frio, além disso, ambos os fluidos devem estar fluindo
simultaneamente.
24
Tqs
Tfe
Tqe
Tfs
Figura 13 - Trocador de calor do tipo contato direto.
Fonte: SAITO, 2003.
Em um trocador de armazenamento, ambos os fluidos percorrem
alternativamente as mesmas passagens de troca de calor, como mostrado na Figura
14. A superfície de transferência de calor geralmente é de uma estrutura chamada
matriz. Em caso de aquecimento, o fluido quente atravessa a superfície de
transferência de calor e a energia térmica é armazenada na matriz. Posteriormente,
quando o fluido frio passa pelas mesmas passagens, a matriz “libera” a energia
térmica (em refrigeração o caso é inverso). Este trocador é também chamado de
degenerador.
Matriz de armazenamento
Fluido
Entrada
Figura 14 - Trocador de calor de armazenamento.
Fonte: SAITO, 2003.
Saída
25
Os trocadores são frequentemente caracterizados pelo tipo de construção
como tubular, em placas, superfícies estendidas, cascos e tubos, etc. (SHAH, 1987)
Os trocadores de calor do tipo casco e tubo são construídos com tubos
envolvidos por uma carcaça. Um dos fluidos passa por dentro dos tubos, e o outro
pelo espaço entre a carcaça e os tubos, como mostrado na Figura 15. Existe uma
variedade de construções diferentes destes trocadores dependendo da taxa de
transferência de calor desejada, do desempenho, da queda de pressão e dos
métodos usados para reduzir tensões térmicas, prevenir vazamentos, facilidade de
limpeza, para conter pressões operacionais, altas temperaturas, atmosferas
altamente corrosivas, fluidos muito viscosos, misturas de multicomponentes, etc.
Estes são trocadores muito versáteis, feitos de uma variedade de materiais e
tamanhos e são extensivamente usados em processos industriais.
Carcaça
Tfs
Tqe
Tqs
Tubo
Figura 15 - Trocador de calor tipo casco e tubo.
Tfe
Fonte: SAITO, 2003.
De acordo com a disposição das correntes de água elas podem ser
classificadas como paralelas, em contracorrente e cruzadas. Um dos tipos mais
simples de trocador de calor é aquele constituído por dois tubos concêntricos no
qual os fluidos quentes e frios se movem numa mesma direção, ou em direções
opostas, como mostrado na Figura 16.
26
Figura 16 - Trocador de calor tipo tubo duplo.
Fonte: SAITO, 2003.
Trocadores de calor compactos são usados quando é necessária uma área
superficial de transferência por unidade de volume muito grande (maior ou igual a 7
ou igual a 700 m2 m-3). A motivação para usar uma superfície de troca compacta, é
conseguir um dado de desempenho de transferência de calor obedecendo a
limitações de massa ou volume, como no caso da refrigeração e do ar condicionado.
Trocadores de calor tipo placa (TCP), normalmente são constituídos com
placas planas lisas ou com alguma forma de ondulações, como mostra a Figura 17.
Geralmente, este trocador não pode suportar pressões muito altas, comparadas ao
trocador tubular equivalente.
Tfs
Tqe
Tqs
Tfe
Figura 17 - Trocador de calor tipo placas.
Fonte: SAITO, 2003.
27
O projeto completo de um trocador de calor pode ser subdividido em três
fases principais: a análise térmica, o projeto mecânico preliminar e o projeto de
fabricação (BANSAL et al., 2000).
O projeto mecânico envolve considerações sobre pressões e temperaturas
de operação, as características corrosivas de um ou de ambos os fluidos, as
expansões térmicas relativas considerando suas consequentes tensões, e a relação
do trocador de calor com os demais equipamentos (BANSAL et al., 2000).
O projeto de fabricação requer a transcrição das características e dimensões
físicas em uma unidade que possa ser construída a baixo custo. A seleção dos
materiais, vedações, invólucros, arranjo mecânico ótimo e os processos de
fabricação devem ser especificados. O peso e as dimensões são fatores importantes
no custo final do equipamento e, portanto, devem ser considerados como variáveis
econômicas (BANSAL et al., 2000).
Para cada aplicação particular existem regras a serem seguidas para
obtenção do melhor projeto, compatibilizando as considerações econômicas com o
peso, dimensões, etc. Uma análise de fatores mecânicos e da fabricação que
envolve o projeto está além dos objetivos da presente discussão.
Trocadores de placas têm diversas vantagens sobre outros trocadores,
como a taxa de turbulência, que é resultado das corrugações de suas placas. Esta
taxa de turbulência resulta em altos coeficientes de transferência com a mesma
velocidade de fluxo. Outras vantagens dos trocadores de placas são os espaços
reduzidos requeridos e a flexibilidade em termos de possibilidade de ampliação da
capacidade (BANSAL et al., 2000).
Diversos estudos foram feitos em trocadores de placas em razão da
formação de fouling. Em seus trabalhos, SCHREIER (1994) comenta que sistemas
montados em laboratórios em menor escala utilizam parâmetros conhecidos como
temperatura e fluxo. Entretanto, os resultados são de difícil aplicação em uma escala
industrial, pois existem diversas combinações de temperatura e de fluxo que quando
usadas, formam as bioincrustações e, frequentemente, os resultados obtidos em
laboratório não prevêem o comportamento real em escala industrial (SCHREIER,
1994).
28
2.4. – CORROSÃO
Corrosão metálica é definida como uma deterioração gradual ou alteração
por um processo de oxidação químico ou eletroquímico (UHLIG, 1971).
Quando um metal é parcialmente imerso numa solução de seus íons,
observa-se a ocorrência de uma separação de cargas e o estabelecimento de uma
diferença de potencial entre o metal e a solução (GENTIL, 1970).
Alguns dos átomos do metal perdem elétrons, passando para a solução
como íons do metal: M → M+ + e. Esse processo leva a acumulação dos elétrons
liberados no metal, que passam a ter carga elétrica negativa em relação à solução
(DENARO, 1974).
Analogamente, alguns dos íons do metal em solução abstraem elétrons do
metal, depositando-se como átomos metálicos, M+ + e → M. Esse processo leva a
um déficit de elétrons no metal, que assim, passaria a ter carga positiva em relação
à solução (DENARO, 1974).
Se a primeira reação ocorrer mais rapidamente que a segunda, o metal
adquire carga global negativa, o que dificulta a saída dos íons positivos do metal,
retardando assim a velocidade de reação. A carga negativa do metal pode atrair os
íons metálicos positivos em solução, acelerando a segunda reação. Dessa maneira,
as velocidades das duas reações se igualam, estabelecendo-se um equilíbrio
(DENARO, 1974).
Se a segunda reação ocorrer inicialmente com maior velocidade, o metal
passa a ter uma carga global positiva, acelerando, dessa maneira, a primeira reação
e retardando a segunda, levando novamente ao estabelecimento de um equilíbrio
(DENARO, 1974).
A primeira razão porque o ferro ou aço corroem é que o elemento ferro, isso
é, a condição do ferro como ele existe após ter sido reduzido do seu minério é
termodinamicamente instável. Não existe ferro livre na natureza. O ferro existe em
combinação com outros elementos como oxigênio ou enxofre. A fim de se converter
o ferro do estado oxidado para o metal, é necessário fornecer uma grande
quantidade de energia ao sistema. Esta energia é então armazenada no ferro
metálico. As leis fundamentais governando a conservação de energia requerem que
o balanço de energia deva ser restabelecido pelo retorno do metal instável ao seu
estado oxidado (UHLIG, 1971).
A corrosão atmosférica, embora não seja uma forma isolada de corrosão, é
singularmente importante por existirem diversas estruturas externas, tais como
29
edifícios metálicos, pontes, cercas, torres, automóveis, navios e inúmeras outras
aplicações que estão expostas ao ambiente atmosférico e, portanto, sujeitas a
corrosão. Os custos associados resultantes da corrosão atmosférica podem ser
estarrecedores. Por isso, muita atenção é dedicada a esse respeito (UHLIG, 1971).
A corrosão atmosférica depende não apenas do conteúdo do eletrólito, como
por exemplo, umidade ou outros vapores presentes no ambiente, mas também da
temperatura do ar e do conteúdo de pó, que podem afetar a condensação do
eletrólito sobre a superfície do metal e na corrosividade resultante. A corrosão
atmosférica é um processo descontínuo, pois nem sempre há presença de algum
eletrólito (DRAZIG, 1989).
2.4.1 – Corrosão microbiológica
A denominação corrosão microbiológica, empregada para expressar a
participação dos microorganismos nos fenômenos de corrosão, pode induzir a
pensar em um novo tipo de processo de corrosão, mas a natureza eletroquímica da
corrosão
metálica
continua
presente
na
corrosão
microbiológica.
Os
microorganismos participam de forma ativa no processo, mas sem modificar a
natureza eletroquímica do fenômeno.
Os microorganismos participam no processo de corrosão:
a) produzindo substâncias corrosivas, originadas em seu crescimento ou
metabolismo, as quais podem ser de natureza química diversa, como
ácidos, álcalis, sulfetos, etc., que transformam um meio originalmente
inerte em agressivo; e
b) originando pilhas de aeração diferencial por efeito de um consumo
desigual de oxigênio em zonas localizadas, como é o caso dos
tubérculos encontrados na corrosão de canos de ferro ou em tanques
de combustível feitos de alumínio ou suas ligas (VIDELA, 1981).
Ocorre, assim, um processo de oxidação catódico complementar, o qual
dependendo das características do meio (pH, aeração, composição química, etc.)
transcorrerá por meio de algumas reações catódicas possíveis: redução de oxigênio
(em meio aerado e pH aproximadamente neutro) ou redução de prótons (em meio
não-aerado e ácido) (ATKINS, 1978).
Os microorganismos modificam a interface metal/solução para induzir,
acelerar ou inibir o processo anódico ou catódico que controla a reação de corrosão.
30
Às vezes a influência microbiana pode ser sinergética sobre as reações,
favorecendo uma reação em detrimento da outra ou, ainda, inibindo-as
completamente (VIDELA, 2003).
As bactérias se reproduzem por divisão binária e sua multiplicação
corresponde a uma progressão geométrica: 20→21→22... 2n. Desta forma, o número
de células aumenta, a cada intervalo de tempo, segundo um fator constante que
caracteriza o crescimento do tipo exponencial (VIDELA, 2003).
Denomina-se genericamente fouling, ou acumulação, a formação de
depósitos sobre a superfície de equipamentos ou instalações industriais. Esses
depósitos têm como efeito negativo uma importante diminuição da eficiência e da
vida útil do equipamento. O biofouling presente nos ambientes industriais é
complexo e geralmente consiste no acúmulo de biofilmes. Um biofilme é constituído
de células imobilizadas sobre um substrato. Na maioria das vezes, esses complexos
depósitos se formam rapidamente e aderem mais firmemente às superfícies que os
biofilmes isolados. A presença de biofouling pode ocorrer tanto em fluxos turbulentos
como em águas paradas, sobre diversos tipos de superfícies, metálicas ou não, lisas
ou em fissuras (VIDELA, 2003).
Sobre um metal em contato com águas naturais, ocorrem processos
biológicos, que produzem o biofouling, e processos inorgânicos cujo resultado é a
corrosão. Primeiro, ocorre a formação de um filme de moléculas orgânicas, que
modifica o molhamento e a distribuição de cargas na superfície sólida, facilitando a
posterior aderência dos microorganismos presentes no líquido. Essa aderência
microbiana é causada principalmente por forças físicas e interações eletrostáticas, e
tem caráter reversível (ou seja, pode ser retirada com o uso de um jato de água). As
células microbianas que permanecem na superfície iniciam um processo de
produção de material polimérico, pelo qual aderem firmemente à superfície (VIDELA,
1981).
2.4.2 – Biocorrosão por bactérias oxidantes do ferro
Esse tipo de corrosão se deve a um grupo heterogêneo de microorganismos
que têm em comum a capacidade de oxidar o íon ferroso (Fe++) a férrico (Fe+++)
como forma de obter energia. O produto dessa oxidação é geralmente hidróxido de
ferro precipitado. Em geral, os microorganismos oxidantes de íons metálicos (ferro,
manganês) criam ambientes fortemente corrosivos para o ferro e suas ligas, pelo
31
aumento da concentração de íons cloreto, decorrentes da formação de cloreto de
ferro ácido e da produção de cloreto de manganês (VIDELA, 2003).
Um dos exemplos mais frequentes desse caso de biocorrosão é encontrado
nas tubulações de ferro para distribuição de água potável, em que excrescências
tuberculares, formadas na parede interna das tubulações, são constituídas
principalmente por hidróxido férrico associado a outros compostos de ferro, cálcio e
manganês. Quando as zonas internas e menos oxigenadas do tubérculo crescem, a
corrosão é ainda maior devido à ação dos sulfetos e outros derivados do
metabolismo das bactérias (VIDELA, 2003).
Esses fenômenos ocorrem em águas contendo bactérias capazes de utilizar
em seus metabolismos, hidrogênio livre (hidrogênio catódico) ou hidrogênio
combinado de compostos orgânicos. Entre essas bactérias estão: redutoras de
nitratos ou nitritos (Micrococcus denitrificans); redutoras de CO2, com formação de
metano (Methanobacterium omeliansky); e as redutoras de sulfatos, que são as mais
frequentes, como a Desulfovibrio desulfuricans. O crescimento dessas bactérias
depende de condições favoráveis de pH, entre 5,5 e 8,5, ausência de oxigênio,
concentração adequada de sulfato e presença de nutrientes, incluindo matéria
orgânica (GENTIL, 1970).
Do ponto de vista eletroquímico, o mecanismo de corrosão é causado pelo
estabelecimento de uma célula de aeração diferencial formada entre a parte externa
(aeróbica) do tubérculo, em contato com o oxigênio dissolvido na água e que atua
como cátodo, e a parte interna (anaeróbica), onde ocorre o processo anódico de
corrosão. Uma característica única desse tipo de biocorrosão é que uma vez
formada a estrutura tubercular pela ação metabólica dos microrganismos, a
aceleração da corrosão por aeração diferencial pode continuar ativa depois da morte
da população microbiana, desde que se mantenha a barreira à difusão do oxigênio
constituída pela massa tubercular (VIDELA, 2003).
Uma descrição esquemática dos processos químicos de formação e
crescimento de tubérculos em tubulações de ferro para distribuição de água potável
foi
publicada
por
TORRABADELLA,
conforme
ilustrado
na
Figura
18
(TORRABADELLA et al., 1972).
Na Figura 18 é demonstrada a formação do tubérculo: (1) - processo de
corrosão eletroquímica; (2) – processo de despolarização catódica e formação de
sulfetos; (3) – processo de redissolução do sulfeto ferroso; e (4) – processo de
oxidação e precipitação de hidróxido férrico (VIDELA, 1981).
32
Figura 18 - Processos químicos de formação de tubérculos.
Fonte: TORRABADELLA et al., 1972.
2.4.3 – Formas de evitar a corrosão
Uma forma usual de prevenir a corrosão dos metais é o revestimento das
superfícies por galvanização, zincagem e outros tipos de metalização, por formação
de filmes protetores ou por pintura, que é o caso mais comum na proteção de aços
estruturais.
Uma vez selecionada a tinta ou outro revestimento a ser utilizado é
imperativo que o mesmo seja aplicado de forma a se conseguir o máximo benefício
de proteção contra corrosão (LIMA, 1993).
Com esse objetivo, um dos fatores de extrema importância a ser verificado é
a preparação da superfície onde será aplicado o revestimento. Inicialmente, uma
pré-inspeção da superfície deve ser feita, de forma a eliminar os possíveis cantos
vivos, respingos de solda, resíduos de óleo, graxa ou outros contaminantes (UHLIG,
1971).
33
Outra forma de prevenir a corrosão é o uso de inibidores de corrosão, que
paralisam ou reduzem a velocidade de corrosão metálica, essa é obtida geralmente
com substâncias que, utilizadas em pequenas quantidades reduzem a corrosividade
do meio sobre o metal, a ação inibidora pode ocorrer por diminuição da velocidade
de uma das reações (anódica ou catódica) do processo de corrosão, ou pela
produção de um filme estável e uniforme, aumentando dessa forma a resistência
elétrica no circuito. São dois tipos de inibidores de corrosão que atuam segundo
(VIDELA, 2003):
- suas propriedades oxidantes (por exemplo, cromatos, nitritos); ou
- sua necessidade de oxigênio dissolvido no meio para cumprir a função de
formar filmes protetores (por exemplo, carbonatos, fosfatos) (VIDELA, 2003).
Geralmente inibidores oxidantes se mostram mais efetivos em baixas
concentrações do que os inibidores do segundo tipo, sendo utilizados para inibir a
corrosão de metais e ligas que apresentam transições ativo/passivo, como é o caso
do ferro e dos aços oxidáveis (VIDELA, 2003).
2.5. – HIDRÓXIDO DE SÓDIO
O hidróxido de sódio ou soda cáustica (NaOH, massa molar = 40 g mol-1), é
um sólido esbranquiçado e deliquescente. Pode se apresentar na forma sólida (em
barras, escamas, flocos, grânulos, lentilhas, pó, massa fundida, pastilhas ou cilindros
brancos secos, duros, quebradiços, de fratura cristalina, inodoro) ou na forma líquida
em concentração até 73% m/v. Apresenta grande solubilidade em água (1:1) e
álcool. (FARMACOPÉIA, 1977).
O NaOH na forma sólida em geral apresenta uma concentração de 96 a 99%
m/m, enquanto que na forma líquida esta concentração está na ordem de 49% m/v
(TRIKEM, 2002).
Apresenta uma dose tóxica de aproximadamente 6 gramas (alguns autores
indicam um dl=5 gramas), sendo uma concentração máxima permitida no ar de
2 mg m-3 (FREITAS et al., 2006).
Os álcalis, além da ação química irritante direta sobre os tecidos, também
provocam destruição decorrente da alta temperatura das reações químicas
exotérmicas ao reagir com os produtos essenciais das células (água, proteínas e
lipídios) chegando a atingir até 100 ºC. Os danos teciduais são produzidos por
necrose com liquefação pela saponificação das gorduras e solubilização das
34
proteínas permitindo a penetração profunda dos xenobióticos nos tecidos. A
saponificação se estende aos lipídios que entram na constituição das mucosas e dos
tegumentos, além de dissolverem as matérias proteicas formando os proteinatos
(PLUNKET, 1974).
O NaOH não tem absorção sistêmica, os efeitos ou complicações sistêmicas
são decorrentes de sua ação direta nos tecidos de contato (FILHO, 1988), também
não tem poder carcinogênico direto, o surgimento de carcinoma está relacionado
com o grau de destruição tecidual e o grau de formação de estenoses (FREITAS et
al., 2006).
No processo fisiopatológico, há uma relação direta entre o tempo de
exposição ao NaOH, e a sua concentração. Outros fatores incluem o tipo de agente
agressor, o estado físico (sólido, líquido ou gasoso), o volume de ingestão e a
viscosidade do agente alcalino. Quantidades menores, em concentrações mais
baixas, resultam em menor lesão da mucosa (ROTHSTEIN, 1986).
Estudos experimentais permitiram evidenciar 3 fases nas lesões causadas
por ingestão de álcalis: A Fase 1, até o quinto dia, consta de destruição dos tecidos
por necrose de liquefação, trombose vascular, invasão de bactérias e leucócitos. A
Fase 2, ou reparadora, vai do quinto dia ao final da segunda semana, e se
caracteriza por tecido de granulação e início de deposição do colágeno, o qual se
estende da segunda semana a vários meses. A reepitelização da mucosa esofágica
leva em média 30 dias. Se houver destruição da submucosa, 120 dias ou mais
podem ser necessários para sua recuperação. A última, fase 3 ou de cicatrização,
começa no final da segunda semana e, pela deposição de colágeno, ocorre
estenose e encurtamento do esôfago (CORSI, 2000).
O uso do NaOH em ambientes de trabalho é amplamente difundido em
função da sua capacidade de remover sujeiras pela sua ação saponificante e, em
virtude disso, está presente em praticamente todos os ramos industriais.
A resolução 357 do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) que
regulamenta o lançamento de efluentes não possui normas específicas para o
lançamento de NaOH ou seus derivados. Porém, a alteração de pH ocasionada
pelo lançamento de uma base forte na água é normatizada no artigo 24, tendo seu
parâmetro limitado a no máximo 9 (BELZ et al., 2005).
35
2.6. – CLASSIFICAÇÃO DAS ÁGUAS
O rio Capivari é classificado segundo a SUREHMA como águas doces de
classe 1 (PORTARIA SUREHMA, 1989).
Essas águas podem ser destinadas:
a) ao abastecimento para consumo humano, com desinfecção;
b) à proteção do equilíbrio natural das comunidades aquáticas; e,
c) à preservação dos ambientes aquáticos em unidades de conservação de
proteção integral. (CONAMA 357, 2005).
O rio Capivari é classificado também segundo a SUREHMA como águas
doces de classe 2 (PORTARIA SUREHMA, 1991), como descrito no mapa de
enquadramento mostrado na Figura 19.
Essas águas podem ser destinadas:
a) ao abastecimento para consumo humano, após tratamento convencional;
b) à proteção das comunidades aquáticas;
c) à recreação de contato primário, tais como natação, esqui aquático e
mergulho, conforme resolução do CONAMA nº 274, de 2000 (CONAMA 357, 2005).
Figura 19 – Mapa de enquadramento do rio Capivari.
Fonte: SUDERHSA; SEMA; SANEPAR, 2006.
O critério “alteração da qualidade da água” é verificado pelas variáveis:
qualidade da água afluente e capacidade de recuperação do rio a jusante. A
qualidade da água afluente será resultante da combinação das variáveis: densidade
de uso da água e da capacidade de recuperação da mesma. Para a capacidade de
recuperação à jusante deverão ser consideradas as variáveis: geomorfologia do rio,
existência de cidades ou indústrias e presença de corpos d’água afluentes (SOUSA,
2000).
36
Os limites dos parâmetros de enquadramento para águas dos rios Classe I e
II são iguais, como mostrados na Tabela 01. Para os elementos analisados neste
trabalho, somente a turbidez é diferente para os rios de Classe I e II.
Tabela 01 – Valores máximos admitidos segundo CONAMA 357 para águas de rios
Classe I e II:
Classe I
Classe II
pH
6,0 – 9,0
6,0 – 9,0
Condutividade (µS cm-1)
NE
NE
Fósforo total (ambiente lótico) (mg L-1)
0,1
0,1
Fósforo total (ambiente lêntico) (mg L-1)
0,020
0,020
2,18
2,18
Turbidez (NTU)
40
100
Sólidos dissolvidos totais (mg L-1)
500
500
Sódio (mg L-1)
NE
NE
Ferro dissolvido (mg L-1)
0,3
0,3
Alumínio dissolvido (mg L-1)
0,1
0,1
Silício (mg L-1)
NE
NE
Manganês (mg L-1)
0,1
0,1
Virtualmente
Virtualmente
Ausentes
Ausentes
Cobre dissolvido (mg L-1)
0,009
0,009
Arsênio (mg L-1)
0,01
0,01
Fosfato (mg L-1)
NE
NE
Nitrogênio total após oxidação.
(ambiente lótico) (mg L-1)
Óleos e Graxas
NE = Não especificado.
Fonte: CONAMA 357, 2005.
37
Capítulo 3
3.1. - METODOLOGIA
Por meio da utilização de análises de potenciometria, condutimetria,
absorção atômica, turbidimetria, espectrofotometria de UV-VIS, de gravimetria e de
análises do comportamento da temperatura do óleo dos transformadores elevadores
da UHEGPS, foi feita a avaliação técnica da substituição do produto atualmente
utilizado na usina, o hidróxido de sódio, por uma solução de ortopolifosfato.
A aplicação do produto ortopolifosfato foi executada em uma das quatro
máquinas operantes na usina por um período de seis meses, para que os resultados
pudessem ser comparados com o comportamento das outras três máquinas, nas
quais o ortopolifosfato não foi aplicado.
As coletas de água foram executadas por sete meses anteriores a aplicação
do ortopolifosfato, para obter uma base da qualidade da água antes da adição do
produto em estudo, e durante a aplicação do ortopolifosfato, para avaliar o efeito da
adição deste produto na qualidade das águas.
Para o cálculo do valor médio e do intervalo de confiança, foi utilizado a
distribuição t de Student com um intervalo de confiança em nível de 95%, utilizando
o software Excel® 2007.
3.2. – MATERIAIS E EQUIPAMENTOS
Os materiais e equipamentos que foram utilizados no desenvolvimento deste
projeto foram:
•
1000 L de solução de produto a base de ortopolifosfatos, adquirido da
empresa CLANOX.
•
Solução de hidróxido de sódio 50% m/v (fornecido pelo corpo técnico
da UHEGPS).
•
Temporizador TEMP, (Timer).
•
Reservatórios com capacidade de 100 e 200 L.
•
Frascos plásticos com capacidade de 1000 mL para coleta das
amostras de água.
38
3.3.
-
•
Bomba injetora automática Exatta.
•
Espectrômetro de absorção Atômica Perkin Elmer, modelo 4100.
•
Condutivímetro Digimed, modelo DM 31.
•
pHmetro Digimed, modelo DM 22.
•
Balança analítica Sartorius, modelo BP221S.
•
Turbidímetro Cole Parmer, modelo 8391-40.
•
Espectrofotômetro de UV-VIS HP, modelo 8450A.
MÉTODOS
DE
ENSAIOS
FÍSICO-QUÍMICOS
REALIZADOS
NAS
AMOSTRAS DE ÁGUA
As metodologias de análise das águas coletadas nos rios Capivari e
Cachoeira (espectrometria de absorção atômica, espectrofotometria de UV-VIS,
potenciometria, turbidimetria e condutometria) seguiram o ALPHA, Standard
Methods for the Examination of Wather and Wastewather (ALPHA, 1998).
Foram utilizadas diversas técnicas analíticas para obter os resultados das
concentrações dos elementos nas águas utilizadas pela UHEGPS, dentre essas
técnicas estão a espectrometria de absorção/emissão atômica, onde foram
analisados os elementos alumínio, arsênio, cobre, ferro, manganês, sódio e silício, a
potenciomentria que foi utilizada para determinar o pH das águas, a turbidimetria,
para analisar a turbidez, e a espectrofotometria de UV-VIS para analisar fósforo
total, nitrogênio e ortofosfato nas amostras. Também foram utilizadas técnicas de
gravimetria para analisar sólidos totais e óleos e graxas.
3.3.1. Coleta da solução de hidróxido de sódio
Primeiramente, para efeito de estudo e comparação do produto substituído,
foram coletadas amostras da solução de hidróxido de sódio em utilização na
UHEGPS (Figura 20). Estas amostras foram devidamente caracterizadas, por meio
de ensaios de determinações de metais (sódio, alumínio, cobre, ferro, silício, e
manganês), pH, condutividade, fósforo total, nitrogênio total, sólidos totais e turbidez.
39
Figura 20 - Coleta de amostra da solução de hidróxido de sódio utilizada no
sistema de resfriamento da UHEGPS.
3.3.2. Definição dos pontos de coleta da amostras
Paralelamente às coletas de hidróxido de sódio, foram definidos seis locais
para as coletas de água para acompanhamento do efeito ao meio ambiente em
decorrência do uso dos produtos desincrustantes (hidróxido de sódio e
ortopolifosfato).
Os seis pontos foram denominados como:
• Ponto 1: O Ponto 1 foi identificado como sendo o local de tomada de
água da usina, na represa do rio Capivari conforme mostrado na Figura
21.
40
Figura 21 - Coleta de água no Ponto 1 (Represa do Rio Capivari).
• Ponto 2: Tubulação de água (antes da adição da solução de hidróxido
de sódio). O Ponto 2 fica antes da adição da solução de hidróxido de
sódio, próximo ao local indicado na Figura 20.
• Ponto 3: Canal de Fuga dentro da usina. O Ponto 3 fica localizado
dentro da usina, após adição da solução de hidróxido de sódio e após a
junção da água das turbinas e do sistema de resfriamento, conforme
mostrado na Figura 22.
(A)
(B)
Figura 22 - Ponto 3: (A) Local da coleta, (B) fluxo da água do canal de fuga ainda
dentro da usina.
41
• Ponto 4: Canal de fuga fora da usina. No Ponto 4 a água foi coletada
logo em seguida da saída da usina próximo a ponte, conforme
mostrado na Figura 23.
Figura 23 - Ponto de coleta 4, canal de fuga fora da usina.
• Ponto 5: Rio Cachoeira (montante). Ponto localizado à montante do
canal de fuga da usina, a cerca de 50 m deste, conforme mostrado na
Figura 24(A).
• Ponto 6: Rio Cachoeira (jusante). Ponto localizado à jusante do canal
de fuga da usina, a cerca de 50 m deste, conforme mostrado na
Figura 24(B).
(A)
(B)
Figura 24 – Pontos de coleta 5 e 6: Rio Cachoeira (A) antes e (B) depois do
encontro com as águas do canal de fuga da usina.
42
Os seis pontos de coleta podem ser melhor visualizados na Figura 25, onde
estes são indicados por flechas e pelos respectivos números.
Figura 25 - Pontos de coleta para monitoramento da qualidade da água.
3.3.3. – Definição dos parâmetros de análise
Uma vez definidos os pontos e locais de coleta, foram definidos os ensaios
químicos necessários para avaliar o efeito ao ambiente pelo uso de qualquer um dos
dois produtos utilizados na usina.
Esses ensaios foram definidos em três grupos, a saber:
•
Grupo 1: pH, condutividade, nitrogênio total, turbidez, sólidos totais.
Ensaios necessários para a renovação das licenças de operação da
usina solicitados pelo CONAMA 357 e que podem ser influenciados
pelos produtos utilizados.
•
Grupo 2: sódio, cobre, manganês, ferro, silício e alumínio. Ensaios
específicos necessários para avaliar efeito no ambiente pela utilização
do hidróxido de sódio.
•
Grupo 3: Fósforo total, fósforo reativo, fósforo hidrolizável e arsênio.
Ensaios específicos necessários para avaliar o efeito no ambiente
gerado pela substituição de NaOH por ortopolifosfato.
43
Por meio do monitoramento contínuo destes parâmetros físico-químicos nas
amostras coletadas nos locais descritos no item 3.3.2, foi possível inferir sobre o
efeito ambiental da substituição da solução de hidróxido de sódio pelo ortopolifosfato
no condicionamento/tratamento de água dos sistemas da UHEGPS.
44
Capítulo 4
4.1. - RESULTADOS E DISCUSSÃO
Neste capitulo estão apresentados os resultados obtidos no desenvolvimento
da pesquisa.
4.1.1. – Avaliação da co-injeção dos produtos
No início, foi feita uma avaliação da viabilidade de co-injeção dos produtos
hidróxido de sódio e ortopolifosfato, com o intuito de verificar a possibilidade de
aproveitar o sistema de injeção de hidróxido de sódio atualmente instalado na
UHEGPS. Utilizando o mesmo sistema de injeção, despesas provenientes da
instalação de um sistema exclusivo para o ortopolifosfato seriam evitadas.
Para avaliar a viabilidade técnica de mistura dos dois produtos, a solução de
NaOH (50% m/v) foi adicionada a uma solução de ortopolifosfato. Na Figura 26
estão apresentadas fotos mostrando o aspecto transparente das duas soluções
puras. Com adição de 10% v/v de NaOH (50% m/v) ao ortopolifosfato, não houve
alteração imediata no aspecto da mistura, mantendo a transparência das soluções
puras. Porém, após 72 h foi possível visualizar a formação de grumos no fundo do
recipiente (Figura 27 A). Com a adição de 30, 50 e 70% v/v de NaOH ao
ortopolifosfato, formou-se imediatamente um precipitado branco de fosfato de sódio,
sem nenhum sobrenadante remanescente (Figura 27 B). E com adição de 90% v/v
de NaOH ao ortopolifosfato, a mistura final ficou esbranquiçada, apresentando um
aspecto leitoso homogêneo (Figura 27 C). Esses resultados mostram que a coinjeção de ortopolifosfato e NaOH não é indicada para soluções de ortopolifosfato
contendo concentrações de hidróxido de sódio superiores a 10% v/v. E, que as
misturas que contém 10% v/v de hidróxido de sódio formam precipitados em
aproximadamente 3 dias após a mistura.
45
Figura 26 - (A) Produto a base de ortopolifosfato puro e (B) solução de hidróxido de
sódio (50% m/v).
Figura 27 - Misturas de ortopolifosfato/NaOH em diferentes proporções: (A) 90/10;
(B) representando o resultado das misturas de proporções 30/70, 50/50 70/30, e (C)
10/90.
A partir desse resultado observou-se que poderiam ocorrer problemas na
adição conjunta dos dois produtos em misturas próximas a 50/50.
46
Para certificar se haveria a possibilidade de co-injeção dos produtos, baseado
nos resultados anteriores que demonstravam que não haveria problemas se fossem
misturados a uma proporção de 90% v/v de ortopolifosfato e 10% v/v NaOH (50%
m/v), foi avaliada a taxa de conversão do polifosfato em ortofosfato por meio de
análises espectrofotométricas. Para este teste, foi medida a quantidade de
ortofosfato formada em função do tempo com a adição do NaOH ao polifosfato,
utilizando o método do Amarelo de Vanadato. É possível observar pela Figura 28,
que a taxa de conversão do polifosfato em ortofosfato por hidrólise na presença de
água, é lenta apresentando um aumento pouco significativo comparativamente a
presença da solução de hidróxido de sódio, cuja conversão é rápida (Figura 28).
Neste último caso, o valor máximo foi atingido após, aproximadamente, 7 dias.
Esse aumento da quantidade de ortofosfato indica a quebra das ligações do
polifosfato o que implica em perda de eficiência na capacidade de desincrustação,
evidenciando a impossibilidade de co-injeção dos dois produtos.
Figura 28 – Formação de ortofosfato a partir da hidrólise do polifosfato da solução a
base de ortopolifosfato pela adição de (●) água e de (▲)10% de NaOH.
4.1.2. – Aplicação de ortopolifosfato na UHEGPS
Eliminada a possibilidade de realizar a co-injeção dos produtos hidróxido de
sódio e ortopolifosfato, foram calculados os valores para adição da solução do
produto ortopolifosfato puro. Nos cálculos foram considerados os dados fornecidos
pelos operadores da usina como vazão da água (55 L/s) e períodos de injeção do
47
hidróxido de sódio (6 h de adição e 6 h sem adição), e a concentração de
ortopolifosfato indicada pelo fabricante para limpeza de tubulações muito incrustadas
equivalente a 5 mg L-1. Para facilitar a injeção com a bomba injetora a solução
original de ortopolifosfato foi diluída 1:1 com água e injetada a um fluxo de 1,1 L h-1
para alcançar a concentração indicada pelo fabricante (5 mg L-1).
A quantidade do produto a base de ortopolifosfato a adquirida não foi
suficiente para promover a adição em todas as máquinas, por isso foi acordado com
a equipe da usina que apenas uma máquina seria escolhida para efeito comparativo
com as outras três. A máquina que teve uma parada programada recente e estaria
em manutenção na data próxima ao início desta pesquisa foi a máquina 3 e por isso
foi escolhida esta para instalação de um sistema de injeção independente das outras
máquinas.
Como não era possível interromper a adição de hidróxido de sódio apenas na
máquina 3, e como o hidróxido de sódio era injetado por 6 h seguidas, acordou-se
em injetar o produto ortopolifosfato nos intervalos em que não era injetado o
hidróxido de sódio, desta forma o efeito do hidróxido de sódio sobre o ortopolifosfato
seria mínimo e seria possível avaliar a capacidade de desincrustação do produto
ortopolifosfato em um sistema individual.
O sistema de injeção do ortopolifosfato foi preparado com auxílio das equipes
técnicas da UHEGPS. Foram instalados no ponto anterior aos trocadores de calor,
uma válvula de injeção (Figura 29), uma bomba dosadora (Figura 30) um
temporizador (Figura 30) e o tanque de armazenamento de ortopolifosfato (Figura
31). O fluxo de injeção foi regulado para 1,1 L h-1 .
48
Figura 29 - Válvula de injeção instalada no ponto anterior aos resfriadores.
Figura 30 - Bomba injetora e temporizador instalados.
49
Figura 31 - Sistema completo de injeção, contendo no reservatório, o produto
desincrustante diluído.
4.1.3. – Avaliação do desempenho do ortopolifosfato nas bioincrustações
Para determinar a capacidade de desincrustação do produto proposto, foi
aberta a tubulação e determinado o diâmetro interno da abertura da tubulação. Na
tubulação maior, a abertura foi medida em 12,5 cm, como mostrado na Figura 32. E
na tubulação menor, a abertura foi medida em 5,5 cm, conforme mostrado na Figura
33.
50
(A)
(B)
Figura 32 - Tubulação de maior espessura com abertura de (A) 12,5 cm de
diâmetro; (B) detalhe da formação de bioincrustação em todo o tubo.
Figura 33 - Tubulação de menor espessura com abertura de 5,5 cm de diâmetro.
Uma análise efetuada em meados de 1970 mostrava que as bioincrustações
de UHEGPS apresentavam altas concentrações de óxido de ferro, matéria orgânica,
silício, magnésio, alumínio e fósforo, porém a magnitude das concentrações não foi
apresentada neste trabalho (ALBERTI et al., 1993).
Para determinar a ordem de grandeza da concentração dos componentes da
bioincrustação encontrada na tubulação analisada (Figuras 32 e 33), foi realizada
uma análise dos elementos presentes por espectrometria de absorção atômica,
cujos resultados encontrados estão apresentados na Tabela 02. Pode-se observar
que os elementos em maior quantidade encontrados foram ferro, manganês, silício e
zinco. Outros elementos que se apresentaram em menores quantidades foram
alumínio, cálcio e magnésio, potássio e sódio. E, em muito menor quantidade
chumbo, cobre, vanádio, cromo, níquel. Elementos como molibdênio, cobalto,
antimônio, bismuto, bário, prata e cádmio também foram investigados, porém não
51
foram
detectados
na
bioincrustação
analisada.
Os
metais
presentes
na
bioincrustação são provenientes da água utilizada no sistema de resfriamento (água
bruta), com exceção do ferro presente na primeira camada próxima ao tubo que é
proveniente do próprio tubo de aço.
Tabela 02 - Análise da bioincrustação da tubulação encontrada na entrada do
trocador de calor.
Elemento
Concentração
Ferro (expresso em óxido de ferro)
Manganês (expresso em óxido de manganês)
Silício (expresso em óxido de silício)
Zinco (expresso em óxido de zinco)
Alumínio (expresso em óxido de alumínio)
Cálcio (expresso em óxido de cálcio)
Magnésio (expresso em óxido de magnésio)
Potássio (expresso em óxido de potássio)
Sódio (expresso em óxido de sódio)
Cobre (expresso em óxido de cobre)
Vanádio (expresso em óxido de vanádio)
Cromo (expresso em óxido de cromo)
Níquel (expresso em óxido de níquel)
Matéria Orgânica
Perda ao fogo
35,2
24,0
10,1
2,3
1,7
0,3
0,08
0,04
0,02
0,005
0,002
0,002
0,001
20,0
5,0
Unidade
% em massa seca
% em massa seca
% em massa seca
% em massa seca
% em massa seca
% em massa seca
% em massa seca
% em massa seca
% em massa seca
% em massa seca
% em massa seca
% em massa seca
% em massa seca
% em massa seca
% em massa seca
Os resultados apresentados referem-se à amostra seca, a concentração de
água encontrada foi de 80 %. A análise de perda ao fogo se refere à
descarbonatação da amostra.
4.2. – AVALIAÇÃO AMBIENTAL DA SUBSTITUIÇÃO DA SOLUÇÃO DE NaOH
POR ORTOPOLIFOSFATO
4.2.1. – Análise da solução de NaOH
Na Tabela 03 estão mostrados os resultados das análises de metais
realizadas na solução de hidróxido de sódio, utilizada nos sistemas de resfriamento
da UHEGPS. Os resultados indicaram os seguintes metais como contaminantes:
alumínio, cobre, manganês, ferro e silício. Em razão destes resultados estes
52
parâmetros foram incluídos nas análises de água realizadas para avaliar o efeito da
substituição da solução de hidróxido de sódio por ortopolifosfato.
Tabela 03 - Resultados obtidos na análise química de uma amostra de solução de
NaOH utilizada nos sistemas de resfriamento da UHEGPS.
Parâmetros Analisados
Concentração (mg L-1)
Alumínio
2,0
Cobre
2,0
Manganês
1,0
Ferro
1,4
Silício
50,0
4.2.2. – Gráficos e tabelas dos resultados das análises de água
Para facilitar a visualização e comparação dos resultados, todos os dados são
mostrados em gráficos e as médias em tabelas. Para avaliar o efeito da substituição
da solução de hidróxido de sódio por ortopolifosfato, os diferentes parâmetros foram
agrupados de acordo com os pontos de coletas das amostras de água.
As coletas foram feitas em duas etapas. Na primeira, essas foram feitas em
todos os pontos demarcados (conforme item 3.3.2), enquanto a usina utilizava
somente o hidróxido de sódio nos sistemas de resfriamento da UHEGPS. Os
resultados destas análises estão ilustrados nos gráficos por meio dos pontos em
vermelho (quadrados). Na segunda etapa as coletas foram realizadas durante a
injeção do ortopolifosfato. Os resultados destas análises estão ilustrados nos
gráficos por meio dos pontos em azul (círculos).
Na Figura 34 estão demonstrados os resultados obtidos para as análises de
pH em todos os pontos amostrados.
53
9,0
(A)
8,5
8,5
8,0
8,0
7,5
7,5
pH
pH
9,0
7,0
7,0
6,5
6,5
6,0
(B)
6,0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
2ª
4ª
6ª
8ª
Coleta
Coleta
9,0
9,0
(C)
8,5
8,0
7,5
pH
pH
(D)
8,5
8,0
7,5
7,0
7,0
6,5
6,5
6,0
2ª
4ª
6ª
8ª
6,0
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
2ª
4ª
6ª
Coleta
9,0
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
9,0
(E)
8,5
8,5
8,0
8,0
7,5
7,5
7,0
7,0
6,5
6,5
6,0
8ª
Coleta
pH
pH
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
(F)
6,0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Figura 34 - Variação do pH nas amostras de água coletadas nos pontos de coletas
(A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 e (F) 6, durante a aplicação de (■) NaOH e
(●) ortopolifosfato.
Como descreve FERREIRA e colaboradores, o pH é um fator importante na
avaliação de um rio, pois os indivíduos de espécies aquáticas estão submetidos ao
pH em diversas fases de desenvolvimento. Por meio de diversos estudos em
solução alcalina (pH 9,0-10,5) foi obtido menor índice de fertilização do que em água
54
com solução ácida (pH 4,5 - 5,5) além de notarem uma maior taxa de deformidade
nas larvas de peixes em pH básico (FERREIRA, 2001).
A partir dos resultados obtidos com as análises foi possível concluir que a
adição de hidróxido de sódio, que seria o principal agente modificador deste
parâmetro, não teve influência na água do rio em que foi lançado, uma vez que os
valores médios de pH, mostrados na Tabela 04 permaneceram os mesmos durante
sua injeção no sistema de resfriamento da usina.
A injeção do ortopolifosfato também não afetou o pH da água do rio conforme
mostrado na Tabela 04.
Tabela 04 – Valor médio das medidas de pH dos seis pontos de coleta durante a
adição de:
VALOR MÉDIO DO pH DA ÁGUA COLETADA:
Ponto 1
Ponto 2
Ponto 3
Ponto 4
Ponto 5
Ponto 6
NaOH
7,6±0,1
7,2±0,1
7,0±0,1
7,1±0,1
7,6±0,1
7,2±0,1
Ortopolifosfato
7,7±0,1
7,2±0,1
7,2±0,1
7,1±0,1
7,6±0,1
7,3±0,1
Os melhores pontos para acompanhar o efeito da adição dos produtos são o
2, 3 e 4, pois estes estão próximos um ao outro e ficam antes da adição dos
produtos (Ponto 2), após a adição ainda dentro da usina (Ponto 3) e na saída da
usina (Ponto 4), respectivamente. Nesses pontos é possível observar que não houve
alteração de pH da água coletada pela adição dos dois produtos.
O valor médio do pH no Ponto 1 se mostrou em média mais alto que nos
pontos 2, 3 e 4 que são do mesmo rio (Capivari). Esse efeito pode ser atribuído ao
fato
desse
ponto
estar
localizado
no
reservatório,
a
uma
distância
de
aproximadamente 15.000 m da usina. O Ponto 5 também apresentou um valor
médio de pH superior aos pontos 2, 3 e 4. O valor encontrado foi diferente por se
tratar do outro rio (Cachoeira), e após o lançamento da água pela usina neste rio, o
pH diminui, conforme observado para o valor médio de pH no Ponto 6, aproximandose aos pontos 2, 3 e 4.
Para avaliar se a adição da solução de NaOH e o ortopolifosfato, afetam a
condutividade elétrica da água da usina, foram realizadas medidas de condutividade
nas amostras de água coletas. Os resultados obtidos estão mostrados na Figura 35.
55
(A)
90
(B)
90
80
-1
Condutividade (µS cm )
-1
Condutividade (µS cm )
80
70
60
50
40
30
70
60
50
40
30
20
20
2ª
4ª
6ª
8ª
2ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Coleta
(C)
90
70
-1
-1
80
Condutividade (µS cm )
80
Condutividade (µS cm )
(D)
90
60
50
40
30
20
70
60
50
40
30
20
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Coleta
(E)
90
70
-1
-1
80
Condutividade (µS cm )
80
Condutividade (µS cm )
(F)
90
60
50
40
30
20
70
60
50
40
30
20
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Coleta
Figura 35 - Variação da condutividade nas amostras de água coletadas nos pontos
de coletas (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 e (F) 6, durante a aplicação de (■) NaOH e
(●) ortopolifosfato.
A condutividade é a capacidade de uma solução em conduzir corrente
elétrica, essa capacidade varia de acordo com a concentração e tipo de íons. Outro
fator que influencia a medida da condutividade é a temperatura (RAMALHO, 2009).
Os valores médios das análises de condutividade dos seis pontos de coleta
durante a adição dos produtos são mostrados na Tabela 05.
56
Tabela 05 – Valor médio das medidas de condutividade dos seis pontos de coleta
durante a adição de:
VALOR MÉDIO DA CONDUTIVIDADE (µS/cm) DA ÁGUA COLETADA:
Ponto 1
Ponto 2
Ponto 3
Ponto 4
Ponto 5
Ponto 6
NaOH
63±3
62±4
62±4
62±4
35±3
55±3
Ortopolifosfato
70±3
71±4
71±4
71±3
41±4
63±4
A partir dos dados obtidos foi possível observar que os pontos 1, 2, 3, e 4
apresentam valores médios de condutividade próximos, estatisticamente não há
diferença entre os valores obtidos nesses pontos durante a adição dos dois produtos
(Tabela 5). A temperatura neste caso não influenciou, pois as análises foram feitas
em laboratório onde a temperatura de todas as amostras foi a mesma. As amostras
dos pontos 5 e 6 apresentaram valores de condutividade diferentes por serem
provenientes de outro rio (Cachoeira) enquanto que os pontos 1 a 4 correspondem
as águas do rio Capivari.
Outro importante parâmetro analisado foi o fósforo total pelo método do Azul
de Molibdênio, esse somente poderia ser afetado pela adição de ortopolifosfato, uma
vez que a solução de NaOH não apresentou este contaminante (Tabela 03). Na
Figura 36 estão apresentados os resultados das análises para os diferentes pontos
de coleta.
0,10
(A)
0,08
0,08
-1
Fósforo Total (mg L )
-1
Fósforo Total (mg L )
(B)
0,10
0,06
0,04
0,06
0,04
0,02
0,02
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
0,00
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
57
0,10
0,08
-1
-1
Fósforo Total (mg L )
0,08
Fósforo Total (mg L )
(D)
0,10
(C)
0,06
0,04
0,02
0,06
0,04
0,02
0,00
0,00
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Coleta
0,08
-1
-1
Fósforo Total (mg L )
0,08
Fósforo Total (mg L )
(F)
0,10
(E)
0,10
0,06
0,04
0,06
0,04
0,02
0,02
0,00
0,00
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
2ª
4ª
6ª
8ª
Coleta
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Figura 36 - Variação da concentração de fósforo total nas amostras de água
coletadas nos pontos de coletas (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 e (F) 6, durante a
aplicação de (■) NaOH e (●) ortopolifosfato.
A concentração de fósforo é um fator de grande importância, pois dos
nutrientes lançados nos corpos d’água, o fósforo é considerado o mais limitante
(SOUZA et al., 2007), e juntamente com o nitrogênio, estão diretamente ligados ao
processo de eutrofização. O processo de eutrofização nada mais é do que o
enriquecimento da água por nutrientes levando ao crescimento das plantas
aquáticas. A eutrofização pode ou não ser benéfica, aumentando a produtividade
primária, tornando o sistema ideal para a presença de consumidores (zooplancton,
moluscos, crustáceos e peixes) ou causando sérios desequilíbrios com o
superpovoamento de algas microscópicas (PÁDUA, 2000).
As médias das análises de fósforo total são mostradas na Tabela 06.
58
Tabela 06 – Valor médio das medidas de concentração de fósforo total dos seis
pontos de coleta durante a adição de:
VALOR MÉDIO DA CONCENTRAÇÃO DE FÓSFORO TOTAL (mg L-1) DA ÁGUA
COLETADA:
Ponto 1
Ponto 2
Ponto 3
Ponto 4
Ponto 5
Ponto 6
0,017
0,019
0,018
0,017
0,038
0,023
±0,004
±0,002
±0,003
±0,004
±0,007
±0,004
0,021
0,019
0,020
0,017
0,036
0,023
±0,010
±0,001
±0,004
±0,002
±0,003
±0,003
NaOH
Ortopolifosfato
Conforme pode ser observado na Figura 36, os resultados obtidos na análise
de fósforo total não tiveram alteração para os 2 produtos utilizados.
Os pontos 2, 3, 4, 5 e 6 se referem a ambientes lóticos, e o limite definido pelo
CONAMA 357 para este tipo de água é de 0,1 mg L-1. Esses pontos ficaram abaixo
deste valor. Apenas o ponto 1 se refere a um ambiente lêntico, porém também se
notou que as médias obtidas ficaram muito próximas ao limite de 0,020 mg L-1
definido pelo CONAMA 357.
É possível observar uma quantidade média maior no Ponto 5 durante a
adição dos dois produtos, novamente, justificado pelo fato de se tratar de outro rio
(Cacheira). E, após o lançamento das águas do rio Capivari, utilizada na usina, no
rio Cachoeira a concentração de fósforo diminui (Ponto 6).
Na Figura 37 podem ser observados os resultados obtidos das análises de
nitrogênio total pelo método de persulfato, para os diferentes pontos de coleta.
2,5
(A)
2,0
2,0
-1
Nitrogênio Total (mg L )
-1
Nitrogênio Total (mg L )
(B)
2,5
1,5
1,0
0,5
0,0
1,5
1,0
0,5
0,0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
59
2,5
(C)
2,0
2,0
-1
Nitrogênio Total (mg L )
-1
Nitrogênio Total (mg L )
(D)
2,5
1,5
1,0
0,5
0,0
1,5
1,0
0,5
0,0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
2,5
Coleta
2,0
Nitrogênio Total (mg L )
2,0
-1
-1
Nitrogênio Total (mg L )
(F)
2,5
(E)
1,5
1,0
0,5
0,0
1,5
1,0
0,5
0,0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Coleta
Figura 37 - Variação da concentração de nitrogênio total nas amostras de água
coletadas nos pontos de coletas (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 e (F) 6, durante a
aplicação de (■) NaOH e (●) ortopolifosfato.
Assim como o fósforo, o nitrogênio é um fator que está diretamente ligado a
eutrofização nos corpos aquáticos.
Os valores médios das análises de nitrogênio total são mostrados na Tabela
07.
Tabela 07 – Valor médio da concentração de nitrogênio total dos seis pontos de
coleta durante a adição de:
VALOR MÉDIO DA CONCENTRAÇÃO DE NITROGÊNIO TOTAL (mg L-1) DA
ÁGUA COLETADA:
Ponto 1
Ponto 2
Ponto 3
Ponto 4
Ponto 5
Ponto 6
NaOH
0,7±0,2
0,7±0,2
0,7±0,2
0,8±0,2
0,6±0,2
0,8±0,3
Ortopolifosfato
0,9±0,3
0,9±0,2
0,9±0,2
0,8±0,2
0,6±0,2
0,8±0,2
60
Os resultados das análises de nitrogênio total nos pontos 1, 2, 3 e 4 não
tiveram grandes variações ao longo das coletas. O ponto 5 foi o que apresentou
maior diferença. Pode-se observar que em geral o rio Cachoeira (Ponto 5) possui
uma quantidade média de nitrogênio menor e após o lançamento das águas do rio
Capivari esse parâmetro se mostrou maior (Ponto 6).
A turbidez afeta as condições físicas, químicas e biológicas de corpos
aquáticos variando a temperatura, a penetração de luz, a concentração de nutrientes
dissolvidos, metais pesados (HOWICK et al., 1985). Os valores deste parâmetro
obtidos pelas análises de turbidimetria, para as amostras de água coletadas dos
diferentes pontos estão apresentados na Figura 38.
Os valores de turbidez não tiveram grandes variações ao longo das coletas.
Pode-se observar na Tabela 08 que apenas no Ponto 5 (rio Cachoeira, antes da
usina) foram encontrados valores menores de turbidez em comparação ao Ponto 6,
que fica após a usina. Ou seja, a passagem da água pela usina afetou a turbidez
original da água do rio Cachoeira, porém esse fenômeno não está relacionado com
os produtos utilizados e sim com a qualidade da água do rio Capivari e os valores
firam abaixo do definido pelo CONAM 357 para águas de Classe I e II.
Outro parâmetro analisado nas coletas foram os sólidos totais, esse
parâmetro é a soma dos sólidos dissolvidos e suspensos, que são características
físicas da água e decorrem da presença de substâncias em suspensão e
dissolvidas.
Os resultados das análises gravimétricas de sólidos totais das amostras
coletadas nos seis pontos podem ser observados na Figura 39.
14
12
12
10
10
8
6
8
6
4
4
2
2
0
(B)
16
(A)
14
Turbidez (NTU)
Turbidez (NTU)
16
0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
61
(D)
16
(C)
14
14
12
12
10
10
Turbidez (NTU)
Turbidez (NTU)
16
8
6
8
6
4
4
2
2
0
0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Coleta
(F)
16
(E)
16
14
14
12
Turbidez (NTU)
Turbidez (NTU)
12
10
8
6
10
8
6
4
4
2
2
0
0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Coleta
Figura 38 - Variação da concentração de turbidez nas amostras de água coletadas
nos pontos de coletas (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 e (F) 6, durante a aplicação de
(■) NaOH e (●) ortopolifosfatos.
Tabela 08 – Valor médio das medidas de turbidez dos seis pontos de coleta durante
a adição de:
VALOR MÉDIO DE TURBIDEZ (NTU) DA ÁGUA COLETADA:
Ponto 1
Ponto 2
Ponto 3
Ponto 4
Ponto 5
Ponto 6
NaOH
3,8±1,0
4,8±0,8
4,8±0,8
4,8±0,6
2,2±0,6
3,9±0,6
Ortopolifosfato
5,6±2,0
6,9±0,9
7,1±0,8
7,1±0,8
2,1±0,4
5,8±0,6
62
90
85
80
80
75
75
70
70
-1
Sólidos Totais (mg L )
-1
Sólidos Totais (mg L )
(B)
90
(A)
85
65
60
55
50
45
40
65
60
55
50
45
40
35
35
30
30
25
25
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
90
80
75
75
70
70
-1
Sólidos Totais (mg L )
-1
85
80
65
60
55
50
45
40
(D)
90
(C)
85
Sólidos Totais (mg L )
Coleta
65
60
55
50
45
40
35
35
30
30
25
25
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
2ª
4ª
6ª
8ª
Coleta
90
Coleta
(E)
85
85
80
75
75
70
-1
Sólidos Totais (mg L )
-1
(F)
90
80
Sólidos Totais (mg L )
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
65
60
55
50
45
40
70
65
60
55
50
45
40
35
35
30
30
25
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
25
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Figura 39 - Variação da concentração de sólidos totais nas amostras de água
coletadas nos pontos de coletas (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 e (F) 6, durante a
aplicação de (■) NaOH e (●) ortopolifosfato.
Com base nos resultados da Figura 39 pode ser observado que ao longo
das coletas houve pequenas variações nos valores de sólidos totais obtidos, uma
vez que, em geral, estes valores permaneceram muito próximos entre si.
Os valores médios das análises de sólidos totais são mostrados na Tabela
09.
63
Tabela 09 – Valor médio das medidas de sólidos totais dos seis pontos de coleta
durante a adição de:
VALOR MÉDIO DE SÓLIDOS TOTAIS (mg L-1) DA ÁGUA COLETADA:
Ponto 1
Ponto 2
Ponto 3
Ponto 4
Ponto 5
Ponto 6
NaOH
51±4
54±3
54±3
54±4
42±2
51±4
Ortopolifosfato
56±4
58±2
58±2
58±2
40±3
54±2
Um parâmetro que também poderia ser afetado pela adição da solução de
hidróxido de sódio e ortopolifosfato foi o sódio. Os resultados obtidos por meio de
análises por espectrometria de emissão atômica podem ser observados na Figura
40.
O sódio é um elemento presente nos dois produtos utilizados, porém, com
base nos resultados mostrados na Figura 39 e na Tabela 10, pode-se observar que
não houve variação da concentração de sódio nos seis pontos de coleta durante a
adição dos dois produtos.
10
(A)
(B)
10
8
6
-1
Sódio (mg L )
-1
Sódio (mg L )
8
4
2
6
4
2
0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
64
10
(C)
8
8
6
-1
Sódio (mg L )
-1
Sódio (mg L )
(D)
10
4
2
6
4
2
0
2ª
4ª
6ª
8ª
0
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
10
(E)
8
8
6
6
-1
Sódio (mg L )
-1
Sódio (mg L )
10
Coleta
4
2
(F)
4
2
0
0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
2ª
Coleta
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Figura 40 - Variação da concentração de sódio nas amostras de água coletadas nos
pontos de coletas (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 e (F) 6, durante a aplicação de (■)
NaOH e (●) ortopolifosfato.
Tabela 10 – Valor médio das medidas de sódio dos seis pontos de coleta durante a
adição de:
VALOR MÉDIO DE SÓDIO (mg L-1) DA ÁGUA COLETADA:
Ponto 1
Ponto 2
Ponto 3
Ponto 4
Ponto 5
Ponto 6
NaOH
4,1±0,6
3,9±0,7
4,0±0,6
3,9±0,6
3,8±0,6
3,9±0,6
Ortopolifosfato
4,1±0,4
4,2±0,5
4,2±0,5
4,3±0,5
4,0±0,5
4,1±0,5
Os outros elementos, ferro, alumínio e sílico têm seus resultados
apresentados nas Figuras 41- 43 e Tabelas 11-13, respectivamente.
65
1,0
1,0
0,8
-1
-1
Ferro (mg L )
0,8
Ferro (mg L )
(B)
1,2
(A)
1,2
0,6
0,4
0,6
0,4
0,2
0,2
0,0
0,0
2ª
4ª
6ª
8ª
2ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
4ª
6ª
8ª
1,0
1,0
0,8
-1
-1
Ferro (mg L )
0,8
Ferro (mg L )
(D)
1,2
(C)
1,2
0,6
0,4
0,6
0,4
0,2
0,2
0,0
0,0
2ª
4ª
6ª
8ª
2ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
4ª
6ª
8ª
(F)
1,2
(E)
1,2
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Coleta
1,0
1,0
0,8
-1
-1
Ferro (mg L )
0,8
Ferro (mg L )
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Coleta
0,6
0,4
0,6
0,4
0,2
0,2
0,0
0,0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Figura 41 - Variação da concentração de ferro nas amostras de água coletadas nos
pontos de coletas (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 e (F) 6, durante a aplicação de (■)
NaOH e (●) ortopolifosfato.
66
Tabela 11 – Valor médio das medidas de ferro dos seis pontos de coleta durante a
adição de:
VALOR MÉDIO DE FERRO (mg L-1) DA ÁGUA COLETADA:
Ponto 1
NaOH
Ponto 2
Ponto 3
Ponto 4
Ponto 5
Ponto 6
0,17±0,07 0,38±0,07 0,33±0,07 0,40±0,10 0,12±0,06 0,32±0,07
Ortopolifosfato 0,20±0,06 0,36±0,07 0,41±0,10 0,34±0,08 0,11±0,06 0,28±0,07
Para avaliar as variações de ferro assim como as variações do alumínio, as
análises feitas por meio de espectrometria de absorção atômica quantificaram a
porção total destes elementos, enquanto o CONAMA 357 define a quantidade limite
de ferro e alumínio na forma do metal dissolvido.
Foi observado que o rio Capivari contém uma quantidade média maior de
ferro que o rio Cachoeira, porém esse aumento não foi causado pela aplicação dos
produtos deste estudo, e também que o reservatório contém uma quantidade menor
de ferro, porém isso está relacionado com a coleta que foi feita na superfície,
podendo este elemento estar estratificado em camadas mais profundas.
0,6
0,4
-1
-1
Alumínio (mg L )
0,4
Alumínio (mg L )
(B)
0,6
(A)
0,2
0,2
0,0
0,0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
67
0,6
0,4
-1
-1
Alumínio (mg L )
0,4
Alumínio (mg L )
(D)
0,6
(C)
0,2
0,2
0,0
0,0
2ª
4ª
6ª
8ª
2ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
4ª
6ª
8ª
Coleta
0,6
Coleta
(F)
0,6
(E)
0,4
-1
-1
Alumínio (mg L )
0,4
Alumínio (mg L )
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
0,2
0,0
0,2
0,0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
2ª
Coleta
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Figura 42 - Variação da concentração de alumínio nas amostras de água coletadas
nos pontos de coletas (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 e (F) 6, durante a aplicação de
(■) NaOH e (●) ortopolifosfato.
Tabela 12 – Valor médio das medidas de alumínio dos seis pontos de coleta durante
a adição de:
VALOR MÉDIO DE ALUMÍNIO (mg L-1) DA ÁGUA COLETADA:
Ponto 1
NaOH
Ponto 2
Ponto 3
Ponto 4
Ponto 5
Ponto 6
0,26±0,10 0,19±0,06 0,17±0,05 0,18±0,06 0,12±0,04 0,15±0,05
Ortopolifosfato 0,17±0,06 0,18±0,06 0,20±0,07 0,16±0,04 0,17±0,06 0,18±0,06
Pelos resultados obtidos foi observado que o rio Capivari e o rio Cachoeira
contêm uma quantidade de alumínio total muito próxima, e que as variações dos
resultados não estão ligadas ao uso dos produtos desincrustantes utilizados neste
trabalho.
68
11
11
10
10
9
9
8
-1
-1
Silício (mg L )
8
Silício (mg L )
(B)
12
(A)
12
7
6
5
4
7
6
5
4
3
3
2
2
1
1
0
0
2ª
4ª
6ª
8ª
2ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
4ª
6ª
8ª
12
10
9
9
8
8
Silício (mg L )
-1
-1
Silício (mg L )
11
10
7
6
5
4
(D)
12
(C)
11
7
6
5
4
3
3
2
2
1
1
0
0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
2ª
4ª
6ª
8ª
Coleta
12
10
9
8
8
Silício (mg L )
-1
-1
11
9
6
5
4
7
6
5
4
3
3
2
2
1
1
0
(F)
12
10
7
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
(E)
11
Silício (mg L )
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Coleta
0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Figura 43 - Variação da concentração de silício nas amostras de água coletadas nos
pontos de coletas (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 e (F) 6, durante a aplicação de (■)
NaOH e (●) ortopolifosfato.
69
Tabela 13 – Valor médio das medidas de silício dos seis pontos de coleta durante a
adição de:
VALOR MÉDIO DE SILÍCIO (mg L-1) DA ÁGUA COLETADA:
Ponto 1
Ponto 2
Ponto 3
Ponto 4
Ponto 5
Ponto 6
NaOH
2,8±0,5
3,6±0,6
3,7±0,6
3,7±0,8
5,4±1,3
4,4±0,9
Ortopolifosfato
4,5±0,6
5,1±0,5
5,0±0,6
4,8±0,9
6,5±0,7
5,4±0,6
Os resultados obtidos para o silício (Figura 43 e Tabela 13) não apresentaram
variações significativas em consideração ao valor médio observado para as
diferentes amostras de água coletadas após adição da solução de hidróxido de
sódio e de ortopolifosfato no sistema de resfriamento da UHEGPS.
Os resultados das análises de cobre, manganês, arsênio, óleos e graxas e
fosfatos para as diferentes amostras de água coletadas estão apresentadas no
ANEXO 1. A concentração para estes parâmetros ou ficaram abaixo do limite de
detecção dos equipamentos ou não apresentaram variação significativa para as
diferentes amostras de água analisadas.
4.3.
–
AVALIAÇÃO
TÉCNICA
DA
SUBSTITUIÇÃO
DE
NaOH
POR
ORTOPOLIFOSFATO
4.3.1. – Resultados das análises das temperaturas dos trocadores de calor dos
transformadores elevadores
Para complementar a avaliação da viabilidade técnica da utilização da
solução de ortopolifosfato foi feita análise por meio de medidas de temperatura dos
trocadores de calor, registradas no período em que foi adicionado o ortopolifosfato.
No Gráfico 1, tem-se um comparativo das temperaturas registradas nos
transformadores 1, 2, 3 e 4 durante o período de injeção do ortopolifosfato na
máquina 3. Pode-se observar que não houve alteração significativa na temperatura
do transformador 3 em relação as outras no mesmo período, confirmado pelos
valores médios calculados como mostrado na Tabela 14. Este resultado indica que a
aplicação do ortopolifosfato não afetou o desempenho térmico do transformador da
máquina 3.
70
Gráfico 01 - Comparativo entre as temperaturas dos quatro transformadores em
operação na UHEGPS durante o período de injeção do ortopolifosfato na máquina 3:
(-----) Transformador 1, (-----) Transformador 2, (-----) Transformador 3 e
(-----) Transformador 4.
Tabela 14 – Valor médio das medidas de temperatura dos quatro transformadores.
VALOR MÉDIO DE TEMPERATURA (ºC):
Transformador Transformador Transformador Transformador
1
2
3
4
52±6
51±6
50±5
46±4
As variações observadas no Gráfico 01 além de serem afetadas pela
temperatura ambiente e pela temperatura da água de resfriamento, também são
decorrentes da variação de demanda de energia destes equipamentos, ou seja, em
períodos onde é requerida uma maior geração de energia a temperatura se eleva.
Para certificar que não houve diminuição da temperatura do transformador 3
durante a adição do ortopolifostafo, foi comparada a temperatura desse, durante a
adição de ortopolifosfato com o mesmo período do ano anterior (Gráfico 2). Pode-se
observar que a temperatura não teve diminuição representativa, fato também
confirmado pelo valor médio da temperatura apresentada onde temos um valor no
ano anterior de 53±6 e durante o uso do produto ortopolifosfato de 50±5.
71
Gráfico 02 - Comparativo entre as temperaturas do transformador 3, sem
((-----)Transformador 3 em um ano anterior) e com ((-----)Transformador 3) a
aplicação da solução de ortopolifosfato.
4.3.2. – Verificação da tubulação após a adição do ortopolifosfato.
Após o término de adição do produto ortopolifosfato ao sistema de
resfriamento da máquina 3, foram feitas novas tomadas fotográficas em uma parada
programada da usina, para avaliar a capacidade desincrustante do produto. A Figura
44 mostra que o diâmetro de passagem da água permaneceu constante na
tubulação maior quando comparado ao diâmetro da tubulação antes da aplicação do
ortopolifosfato (Figura 32). Na tubulação menor (Figura 45) foi possível observar
uma pequena variação do diâmetro do tubo em comparação ao diâmetro observado
antes da aplicação do ortopolifosfato (Figura 33).
72
(A)
(B)
Figura 44 - Tubulação de maior espessura com (A) 12,5 cm de diâmetro; (B) detalhe
da bioincrustação no interior do tubo. Esse diâmetro foi medido descontando-se a
quantidade de material incrustado.
Figura 45 - Tubulação de menor espessura com 5,0 cm de diâmetro. Este diâmetro
foi medido descontando-se a quantidade de material incrustado.
Tendo com referência as Figuras 32 e 33, pode-se observar que, no período
de teste, o produto ortopolifosfato não apresentou um desempenho favorável em
comparação a solução de NaOH, pois a quantidade de bioincrustração permaneceu
constante na tubulação maior enquanto que na menor foi observada uma pequena
variação no diâmetro da tubulação de 0,5 cm de forma que o espaço livre diminuiu
de tamanho.
Alguns fatores que influenciaram na divergência observada entre os
resultados obtidos nesta pesquisa e os resultados positivos encontrados para o
desempenho do ortopolifosfato em outras aplicações são:
• A Usina de 29 MW, que testou o produto anteriormente, é mais nova
em comparação a de UHEGPS, tendo seu inicio de operação em
73
2001. Essa usina apresentava uma formação de bioincrustação em
menor quantidade em comparação a de UHEGPS, e fica localizada
em outra região do estado, ou seja, a água utilizada na geração de
energia e resfriamento do sistema tem diferentes propriedades.
• Quando o produto foi testado na UHEGPS somente nos trocadores de
calor, esses foram limpos antes da adição do produto, portanto, a
eficiência do produto na remoção da bioincrustação não pode ser
avaliada.
4.4. – ESTIMATIVA DO CUSTO DA SUBSTITUIÇÃO DA SOLUÇÃO DE NAOH
POR ORTOPOLIFOSFATO
O cálculo do custo da solução de NaOH foi feito em relação à média de uso
por um período de um ano, pois a quantidade injetada é dependente do pH da água.
O custo de um litro de hidróxido de sódio é de aproximadamente R$ 1,10 por
litro. Em um ano foi utilizado um volume de aproximadamente 13.500 L para suprir
as quatro máquinas. Logo são necessários 3.375 L por máquina em 1 ano, o que
leva a 280 L/mês, ou seja R$ 310,00/mês/máquina de solução de hidróxido de sódio
(Tabela 25).
O custo do ortopolifosfato pode ser calculado unicamente pela vazão da
água na tubulação, que é constante e que correspondeu a 55 L s-1. Para injetar a
concentração indicada pelo fabricante (5 mg L-1), é necessário injetar 166 L em
1 mês, o que resulta em um custo aproximado de R$ 1830,00/mês/máquina de
solução de ortopolifosfato (Tabela 25). O consumo de ortopolifosfato é menor em
relação à solução de hidróxido de sódio, porém como o custo unitário do
ortopolifosfato é superior em relação ao segundo, o custo final da utilização do
ortopolifosfato foi superior ao uso da solução de NaOH.
Tabela 15 – Estimativa de custo substituição de NaOH por ortopolifosfato.
Produto
Consumo mensal
Custo unitário
médio
Consumo mensal
médio
NaOH
280 L
R$ 1,10/L
R$ 310,00/máquina
Ortopolifosfato
166 L
R$ 11,00/L
R$ 1.830,00/máquina
74
Capítulo 5
5.1. - CONCLUSÕES
Não foi possível verificar uma variação significativa nos parâmetros físicoquímicos das amostras de água coletadas em função da aplicação da solução de
hidróxido de sódio e de ortopolifosfato no condicionamento/tratamento de água nos
sistemas de resfriamento da UHEGPS.
Com isso, pode-se concluir que esses dois produtos desincrustantes não
afetam a qualidade da água do rio no qual foram lançados.
Quanto ao custo dos dois produtos, ainda há uma grande diferença entre os
mesmos, pois existem poucos fornecedores de ortopolifosfato. O uso do
ortopolifosfato é atualmente seis vezes mais caro que a solução de hidróxido de
sódio. Em usinas de médio e grande porte, onde existe um grande fluxo de água em
seu sistema de resfriamento, esta diferença é bastante significativa, pois o consumo
de produtos desincrustantes será elevado. Além disso, o hidróxido de sódio
comercial pode ser adquirido facilmente com vários fornecedores em qualquer
região do país. Assim, atualmente, a substituição da solução de hidróxido de sódio
pela solução de ortopolifosfatos não é economicamente viável.
Com relação à eficiência técnica e ao manuseio dos dois produtos
desincrustantes, têm-se as seguintes considerações:
•
O ortopolifosfato injetado na concentração indicada pelo fabricante por um
período de seis meses não teve o resultado esperado, pois, segundo os
operadores da UHEGPS, a máquina 3 exigiu as mesmas manutenções que as
outras máquinas onde foi aplicada apenas a solução de hidróxido de sódio.
•
Como a injeção de ortopolifosfato foi feita por um período de 6 meses, não se
têm um dado preciso quanto a potencialidade do produto na remoção total da
desincrustação em intervalos de tempo de uso maiores.
•
Quanto ao manuseio, por ser um produto não corrosivo, o ortopolifosfato
apresenta grandes vantagens em relação ao hidróxido de sódio, pois não oferece
risco ocupacional aos operadores.
75
5.2. – SUJESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
•
Estudar as variáveis que afetam o fenômeno da corrosão microbiológica.
•
Utilizar cloro, na forma de hipoclorito de cálcio, como agente inibidor de formação
da bioincrustação.
•
Utilizar peróxido de hidrogênio como agente inibidor de formação de
bioincrustação.
•
Utilizar gás ozônio como agente inibidor de formação de bioincrustação.
•
Testar agentes complexantes como o oxalato, citrato ou EDTA, com produtos
desincrustantes.
•
Avaliar os custos de uso de um produto desincrustante na forma sólida (pó), em
um sistema de resfriamento.
76
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[63] SUDERHSA; SEMA; SANEPAR - Estudos de Diagnóstico – Projeto
Guaraní, 2006.
[64] TORRABADELLA, J .P.; SERRA, P. R. – Actividad bacteriana en el interior
de las redes de distribucion de agua y su relacion con los fenomenos de
incrustacion y corrosion. Doc . Invest. Hidrol. 13, 1972
[65] TRIKEM, S. A. Manual de soda caustica. Organização Odebrecht, 2002.
[66] UHLIG, H. H. Corrosion and corrosion control. 2nd ed. John Wiley & Sons
Inc., 1971.
[67] VAN WAZER, J. R. The chemistry os phosphates. Second sessio chemistry,
Biochemistry, and pharmacology of edible phosphates. J Dent Res 1964.
81
[68] VIDELA, H. A. Biocorrosão, biofouling e biodeterioração de materiais.
Editora Edgar Blucher Ltda., São Paulo, 2003.
[69] VIDELA, H. A. Corrosão mcrobiológica. Editora Edgard Blucher Ltda., São
Paulo, 1981.
[70] WEINER, M. L. Toxicological review of inorganic phosphates. Food and
Chemical Toxicology, 2001.
[71] WHITE, D. J.; GERLACH, R.W. Anticalculus effects of a novel, dual-phase
polypyrophosphate dentifrice: Chemical basis, mechanism, and clinical
response. The Journal of Contemporary Dental Pratice, v. 1, 2000)
82
ANEXO 1
Resultados das análises de manganês, óleos e graxas, cobre, arsênio e fosfato.
83
(A)
(B)
0,1
-1
Manganês (mg L )
-1
Manganês (mg L )
0,1
0,05
0
2ª
4ª
6ª
8ª
0,05
0
2ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
4ª
6ª
8ª
(C)
(D)
0,1
-1
Manganês (mg L )
-1
Manganês (mg L )
0,1
0,05
0
2ª
4ª
6ª
8ª
0,05
0
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
2ª
4ª
6ª
Coleta
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
(F)
0,1
Manganês (mg L )
-1
-1
8ª
Coleta
(E)
0,1
Manganês (mg L )
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Coleta
0,05
0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
0,05
0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Variação da concentração de manganês nas amostras de água coletadas nos
pontos de coletas (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 e (F) 6, durante a aplicação de (■)
NaOH e (●) ortopolifosfato.
84
3
3
(B)
(A)
2
-1
Óleos e Graxas (mg L )
-1
Óleos e Graxas (mg L )
2
1
0
1
0
-1
-1
2ª
4ª
6ª
8ª
2ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Coleta
3
3
(C)
2
-1
Óleos e Graxas (mg L )
-1
Óleos e Graxas (mg L )
2
(D)
1
0
-1
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
1
0
-1
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Coleta
3
3
(F)
(E)
2
-1
Óleos e Graxas (mg L )
-1
Óleos e Graxas (mg L )
2
1
0
-1
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
1
0
-1
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Variação da concentração de Óleos e Graxas nas amostras de água coletadas nos
pontos de coletas (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 e (F) 6, durante a aplicação de (■)
NaOH e (●) ortopolifosfato.
85
(B)
-1
Cobre (mg L )
-1
Cobre (mg L )
(A)
0
0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
2ª
4ª
6ª
8ª
Coleta
Coleta
(D)
-1
-1
Cobre (mg L )
(C)
Cobre (mg L )
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
0
0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
2ª
4ª
6ª
8ª
Coleta
Coleta
(F)
-1
-1
Cobre (mg L )
(E)
Cobre (mg L )
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
0
0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Variação da concentração de cobre nas amostras de água coletadas nos pontos de
coletas (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 e (F) 6, durante a aplicação de (■) NaOH e (●)
ortopolifosfato.
86
(B)
-1
Arsênio (mg L )
-1
Arsênio (mg L )
(A)
0
0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
2ª
4ª
6ª
8ª
Coleta
Coleta
(D)
-1
-1
Arsênio (mg L )
(C)
Arsênio (mg L )
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
0
0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
2ª
4ª
6ª
8ª
Coleta
Coleta
(F)
-1
-1
Arsênio (mg L )
(E)
Arsênio (mg L )
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
0
0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Variação da concentração de arsênio nas amostras de água coletadas nos pontos
de coletas (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 e (F) 6, durante a aplicação de (■) NaOH e
(●) ortopolifosfato.
87
(B)
-1
Fosfato (mg L )
-1
Fosfato (mg L )
(A)
0
0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
2ª
4ª
6ª
8ª
Coleta
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
(D)
-1
Fosfato (mg L )
-1
Fosfato (mg L )
(C)
0
0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
2ª
4ª
6ª
8ª
Coleta
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
(F)
-1
Fosfato (mg L )
-1
Fosfato (mg L )
(E)
0
0
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
2ª
4ª
6ª
8ª
10ª 12ª 14ª 16ª 18ª 20ª 22ª 24ª 26ª
Coleta
Variação da concentração de fosfato nas amostras de água coletadas nos pontos de
coletas (A) 1, (B) 2, (C) 3, (D) 4, (E) 5 e (F) 6, durante a aplicação de (■) NaOH e (●)
ortopolifosfato.