Tratamento de Água
Abrandamento
• O que é água dura?
– Água com altos teores de cálcio e magnésio
• Quais os sintomas observados ?
– Pouca espuma quando está utilizando detergente,
sabão ou shampoo.
– Precipitação de sabão/ detergente sobre as roupas e
cabelo podendo manchar ou retirar o brilho.
– Formação de incrustações em tubulações,
aquecedores, entupimento de chuveiro
Perguntas Frequentes
• A água dura não é prejudicial à saúde para ser bebida, mas
apresenta efeitos indesejáveis nos aparelhos que usam água, nas
tubulações, nas roupas, na pele e no cabelo.
• Os minerais contidos na água podem acumular-se e formar
depósitos e incrustações em tubulações, torneiras, pias,
aquecedores, etc.
• Os sabões e detergentes não fazem boa espuma,
conseqüentemente devem ser empregados em maiores
quantidades.
• O cabelo e a pele propiciam sensação de estarem secos e
ásperos.
Problemas associados com a água dura
•
Geralmente são consideradas como “águas duras”
aquelas que contem mais de 60 ppm (mg/L) de sais de
cálcio e magnésio dissolvidos.
•
Como referência a água da Sabesp possui cerca de 20
ppm de Dureza.
Grau de dureza
BRANDA
LEVEMENTE DURA
MODERADAMENTE DURA
DURA
MUITO DURA
Graus de dureza da água
ppm (mg/L)
0 - 17
17,1 - 60
61 - 120
121 - 180
181 ou mais
• A solução do problema pode ser alcançada
através de "abrandamento de água“, processo
de troca iônica, onde resinas carregadas
ionicamente substituem os íons dos minerais de
dureza ( Cálcio e Magnésio ) por íons de sódio.
Como tratar a água dura
• A água tem a propriedade de dividir algumas moléculas dissolvidas
(moléculas iônicas) em partículas com carga "positiva" e
"negativa" que são chamadas de "íons". Os íons com carga
positiva são chamados de "cátions" e as de carga negativa de
"ânions".
• A resina atua trocando dois tipos de íons presentes na água (cálcio
e magnésio) por outro (sódio) presente na solução de salmoura. A
troca ocorre na superfície da resina.
• Somente os cátions da resina são livres para se movimentarem. A
porção de ânions da resina é tão grande e estável que não pode
ser dissolvida pela água, e conseqüentemente não é livre.
O que é e como funciona um Abrandador?
• A resina catiônica empregada no Abrandador pertence a um
grupo tido como moderno, em termos de tecnologia.
Formada a partir do estireno polimerizado sulfonado, sua
principal característica é a estabilidade química, o que
permite atuar em diversas temperaturas e diversos tipos de
qualidade de água.
Do que é feita a resina?
• O ciclo de abrandamento
Abrandador
de água
Com material
de troca iônica
carregado de
sódio
Água dura
Água branda
contendo sódio
em troca
da dureza
A capacidade
de abrandar
dura está
acabando....
Muitos litros
depois....
O abrandador
continua a
fornecer água
completamente
branda
Agora é necessária
uma regeneração
com salmoura para
recarregar o
material de troca
com sódio
O processo de Abrandamento
• O ciclo de regeneração
Água contendo
dureza em
troca do sódio
Salmoura,
a fonte mais
econômica
de sódio
Ainda
descarregando
água contendo
dureza
15 a 20 minutos
mais tarde....
Remoção do
exceso da
salmoura
A regeneração
está quase
completa
O processo de Abrandamento
Abrandador
de água
Com o material
de troca outra
vez pronto para
trocar sódio por
dureza e
continuar
fornecendo água
completamente
branda
Água Bruta
Ca(HCO )
3 2
Mg(HCO )
3 2
CaSO
4
MgSO
CaCl
MgCl
4
2
2
Água Abrandada
+
NaCl
(Na) R
NaHCO
Na SO
2
NaCl
NaCl
Exaustão: Ca + Mg + (Na) R
Regeneração: NaCl +
Ca
Mg
Ca
+
R
R + Na
Mg
CaCl + MgCl + NaR
2
Reação Química no Abrandador
2
3
4
• Os abrandadores de água funcionam sob o princípio
da seletividade, que está baseada na valência e peso
molecular do íon.
• Os cátions divalentes (com duas cargas positivas)
serão mantidos na resina catiônica com preferência
sobre os cátions monovalentes (uma carga positiva).
• A seletividade sobre os cátions com a mesma carga
será baseada no peso molecular. Quanto maior seja o
peso molecular maior é a seletividade da resina
catiônica.
Dimensionamento do Abrandador
Elemento
Bário
Ferro
Cálcio
Magnésio
Potássio
Sódio
Hidrogênio
Símbolo
Ba
Fe
Ca
Mg
K
Na
H
Carga
+2
+2
+2
+2
+1
+1
+1
Peso Molecular
137,34
55,847
40,08
24,305
39,102
22,9898
1,008
Seletividade
Maior





Menor
Seletividade da resina frente a cátions
• 1- Taxa de vazão
• 2- Volume do leito de resina
• 3- Dosagem de sal e regeneração
• 4- Tempo de contato
• 5- Mudanças de condições
Fatores que afetam a capacidade do
Abrandador
Se menor que a especificada:
• Aumento do tempo de contato entre
resina
a água e o leito de
• Tendência de surgimento de caminhos preferenciais no leito,
com redução de sua eficiência.
Se maior que a especificada:
• Redução do tempo de contato entre a água e o leito de resina
• Redução da eficiência de remoção de dureza
• Possibilidade de fuga do leito
Taxa de vazão
Se menor que o especificado:
• Redução do tempo de contato entre a água e o leito de resina
• Necessidade de aumento da freqüência das regenerações
• Maior eficiência alcançada na regeneração
Se maior que o especificado:
• Aumento do tempo de contato entre água e o leito de resina
• A freqüência das regenerações poderá ser diminuída
• Menor
eficiência
alcançada
na
regeneração
causada
principalmente pela dificuldade de se conseguir a fluidização
do leito
Volume do leito de resina
• É fundamental para a eficiência do Abrandador!
• A dosagem de sal é o que provavelmente tem maior
impacto sobre a capacidade do Abrandador. Baixas
dosagens de sal podem diminuir a capacidade e
aumentar o vazamento de dureza.
• A concentração de sal normalmente fica entre 8 e
15% (a salmoura saturada tem 26,6%). Esta
salmoura é reduzida numa corrente de diluição e
passa através do leito de resina.
Dosagem de sal
Quedas de eficiência
Sazonalidade na concentração de dureza
Aumento da vazão do sistema
Freqüência de regeneração
Qualidade da regeneração
Mudanças de condições
1- Ciclo de serviço
2- Retro-lavagem
3- Entrada da salmoura
4- Enxágüe lento
5- Enxágüe rápido
6- Volta ao ciclo de serviço
Os ciclos do abrandador
1- Ciclo de serviço:
Neste ciclo o Abrandador aceita água bruta e fornece água branda. A
duração do ciclo, para uma unidade que regenera diariamente é de
22 horas ou mais, mas geralmente o ciclo de serviço ou campanha é
medido em dias, sendo determinado pela capacidade da unidade em
função da demanda de água branda.
2- Retrolavagem:
A taxa de retrolavagem deve ser o suficientemente alta para
expandir o leito pelo menos em 50%.
A retrolavagem geralmente dura entre 10 e 15 minutos. Este ciclo
pode ser ajustado dependendo da qualidade da água de
alimentação, se ela tiver alta concentração de sólidos em suspensão
a retrolavagem deverá ser aumentada.
Os ciclos do Abrandador
3- Entrada da salmoura:
A solução da salmoura é transportada do tanque de salmoura para
o tanque de resina. Isto é realizado por um injetor tipo venturi
localizado na válvula de controle. A duração do ciclo depende da
quantidade e concentração de sal, mas geralmente é de 20
minutos.
4- Enxágüe lento:
A solução de salmoura é empurrada através do leito de resina
para permitir a troca iônica entre a resina e a salmoura, a resina
recupera os íons de sódio e libera os de cálcio e magnésio. A
duração do ciclo pode ser entre 30 e 70 minutos.
Os ciclos do Abrandador
5- Enxágüe rápido:
Para remover os cloretos (e o gosto salgado) do leito de resina e
comprimir as pérolas de resina, é passado um fluxo "rápido" de
água através da unidade. Este ciclo dura entre 4 e 15 minutos.
6- Volta ao ciclo de serviço:
Após o enxágüe rápido a unidade está pronta para entrar em
operação normal e fornecer água abrandada.
• Tempo médio gasto na regeneração: 1h e 30 mim
Os ciclos do abrandador
•
A salmoura deve ser preparada a partir de sal grosso não
iodado.
•
NÃO utilizar sal refinado pois este aglutinará na entrada
do equipamento prejudicando o venturi.
•
Normalmente os equipamentos completam o tanque de
salmoura com água após a retrolavagem, porém o sal em
geral deve ser colocado manualmente.
•
Estabelecer uma periodicidade de reposição do Sal Grosso
no tanque de forma a sempre ser encontrado sal insolúvel
no mesmo.
Salmoura para Regeneração
• Dois parâmetros devem ser cuidadosamente observados para
obter uma operação satisfatória do Abrandador:
– Pressão mínima requerida na entrada do Abrandador 1,4 bar (20 psi).
No caso da água provir de um reservatório, esta deverá estar a no
mínimo 20 metros de altura, ou ser bombeada, para compensar todas
as perdas de pressão do Abrandador e do sistema.
– A taxa de bombeamento deverá ser suficiente para obter uma boa
retro-lavagem do leito do Abrandador.
• O Abrandador deverá operar com temperatura da água inferior a
38oC. Para temperaturas superiores a 38oC deverá ser verificada a
especificação da resina.
Condições de operação
1- Ferro:
A presença de ferro na água de alimentação do Abrandador pode afetar
severamente a capacidade de troca iônica da resina.
O ferro no estado ferroso (dissolvido) pode ser removido da água por
resina de troca iônica, porém este processo em geral é irreversível. O ferro
penetra no núcleo da resina que não pode ser regenerada. Porém existem
resinas novas no mercados especificas para Ferro que são capazes de
adsorver e expulsar o ferro na regeneração com salmoura. Estas resinas
possuem núcleo fechado.
Se o ferro é oxidado previamente, antes que alcance o leito do
Abrandador, ele toma uma forma gelatinosa que poderá ser filtrada, sobre
ou dentro do leito de resina. Este precipitado é muito difícil de ser
removido do leito e o seu recobrimento das partículas de resina reduzem
consideravelmente a sua capacidade de troca.
Limitações dos Abrandadores
2- Manganês:
O manganês pode aderir às partículas de resina e causar os mesmos
problemas que o ferro. Assim como no outro caso o emprego de
resinas de núcleo fechado permite o Abrandamento mesmo com a
presença de ferro e manganês sem prejuízo à resina no momento de
regeneração.
Porém é preciso lembrar que a preferência iônica da resina é por
Ferro, seguido de Manganês e somente depois dos Carbonatos
(dureza), com isso sub dimensionamento de leitos poderão acarretar
retirada do ferro e manganês sem baixar o teor de dureza. Deve-se
prever a quantidade de resina necessária para adsorver os 04 tipos de
iôns ao mesmo tempo. ( Fe, Mn, Ca e Mg )
Limitações dos Abrandadores
3- Cloro:
O cloro degrada a estrutura da partícula de resina, dissolvendo e inchando
essa estrutura. Ocorre então o desgaste da resina quando ela é lavada. Se
a cloração é usada para a oxidação do ferro, etc., deverá ser instalado um
filtro de carvão para remover o cloro antes do Abrandador.
4- Turbidez:
As partículas da turbidez que são suficientemente grandes para ficarem
retidas na superfície do topo do leito poderão ser removidas pela
retrolavagem. No entanto, os resíduos que podem ser arrastados para
dentro do leito poderão recobri-lo, ou serem retidos permanentemente.
Rapidamente o tanque do Abrandador começará a encher com resíduos o
que resultará num aumento substancial da perda de pressão.
Limitações dos Abrandadores
•
Recomenda-se a troca de Resina num tempo máximo de
operação de 36 meses ( 3 anos ).
•
Procurar sempre utilizar Resinas Homogêneas e com alto grau de
adsorção. Resinas de qualidade inferior poderão reduzir os
tempos de campanha e/ou a eficiência de Abrandamento.
•
Podemos citar dois modelos de resina de alto teor de adsorção
com diferentes aplicações:
–
Ecohouse 100: boa eficiência porém sensível ao Ferro e Manganês
–
Ecohouse T60: Alta capacidade de troca e também eficiente para
remoção de Ferro e manganês dissolvidos, regenerável com salmoura
Troca da Mídia ( Resina )
•
Linha ABR
ABR 2000 – 2 Cu.Ft de Resina
•
Linha OS
OS 4015 – 4 Cu.Ft de Resina
OS 5015 – 5 Cu.Ft de Resina
OS 7015 – 7 Cu.Ft de Resina
•
Linha KS
KS 10000
KS 12000
KS 15000
KS 18000
•
–
–
–
–
10
12
15
18
Cu.Ft
Cu.Ft
Cu.Ft
Cu.Ft
de
de
de
de
Resina
Resina
Resina
Resina
Linha GS
GS 25000 – 25 Cu.Ft de Resina
GS 30000 – 30 Cu.Ft de Resina
GS 40000 – 40 Cu.Ft de Resina
Modelos de Abrandadores 3M Cuno
Abrandador de pequeno porte, em
geral empregado em instalações
residenciais e comerciais para
vazões de até 2.000 litros/h.
Possui tanque em Polipropileno e
Fibra de vidro sem costura
Tanque de salmoura incorporado
Cabeça Automática em 110V/60Hz
ABR 2000
Linha de Abrandadores de médio
porte, em geral empregados em
instalações comerciais para vazões
de 5.000 a 7.000 litros/h.
Possuem tanque em Polipropileno e
Fibra de vidro sem costura
Tanque de salmoura incorporado
Cabeça Automática em 110V/60Hz
Linha OS
Linha de Abrandadores de grande
porte, em geral empregados em
instalações industriais para vazões
de 10.000 a 18.000 litros/h.
Possuem tanque em Polipropileno e
Fibra de vidro sem costura
Tanque de salmoura incorporado
Cabeça Automática em 110V/60Hz
Linha KS
Linha de Abrandadores de porte,
Municipal/Industrial para vazões
de 25.000 a 40.000 litros/h.
Possuem tanque em
Polipropileno e Fibra de vidro
sem costura
Tanque de salmoura incorporado
Cabeça Automática em
110V/60Hz
Linha GS
• O dimensionamento segue a equação:
Vresina (L) = Q(m3/h). D(mg/L). t(h)
60
Vresina (ft3) = Vresina (L)
28
• Onde:
Q = vazão volumétrica ( m3/h )
D = concentração de dureza ( mg/l ou ppm )
t = tempo de operação, sem considerar período de
retrolavagem ( horas )
Dimensionamento de Abrandadores
O dimensionamento de Abrandadores não leva em conta somente a
vazão de entrada, os outros fatores são tão ou mais importantes no
cálculo. Percebe-se pela equação que é perfeitamente possível para
uma mesma vazão de entrada termos necessidades completamente
diferentes de tamanho de leito em função de variação no índice de
dureza ou tempo de operação por exemplo.
O dimensionamento apenas por vazão é um erro muito comum no
mercado e pode trazer prejuízos enormes à operação, reduzindo em
muito os tempos de campanha como resultado de um sub
dimensionamento de leito.
Dimensionamento de Abrandadores
Parâmetros da água bruta de alimentação do Abrandador:

Vazão: 14.400 L/h

Concentração de dureza: 200 ppm

Utilização 2 turnos de 8 horas/dia
Utilizando a fórmula:
Vresina (L) = Q(m3/h). D(mg/L). t(h) = 14,4 . 200 . 16 = 768 L
60
60
Vresina (ft3) = Vresina (L) = 768 = 27,43 ft3
28
28
Para atender os requisitos de vazão e volume
de resina é necessário um Abrandador GS30000
Exemplo de Dimensionamento
• Antes de leitos de resina devo instalar sempre um filtro
com carvão ativado, caso a água seja clorada (devido à
incompatibilidade entre as resinas e o cloro);
• Antes dos leitos de resina devo instalar um filtro de areia
ou celulose para redução de particulado, prejudicial a resina
• Devo retirar o Ferro ou Manganês antes dos leitos ou então
aplicar resinas que possam ser regeneradas mesmo com
adsorção deste elementos, prevendo sempre tamanhos de
leito adequados.
O que nunca esquecer?
•
O carregamento de resina no Abrandador pode ser feito na forma seca
ou molhada. É muito mais fácil sua introdução na forma seca, através de
uso de um Funil.
•
Recomenda-se que 2 pessoas façam este trabalho: enquanto uma
enche o Abrandador com a resina, a outra deve se preocupar com a
centralização do tubo sifão;
•
Nunca esquecer de vedar o tubo sifão antes do carregamento para que
não caia resina dentro deste. Sempre retirar essa vedação antes de
operar o Abrandador.
•
Recomenda-se que o Abrandador seja cheio próximo ou no lugar onde
será instalado devido ao peso do equipamento depois de carregado com
resina.
Algumas dicas de campo
•
Recomenda-se atenção durante o primeiro processo de regeneração, para
se ter certeza que o equipamento está sugando a salmoura. Caso isso não
tiver ocorrendo, recomenda-se a verificação do tubo coletor de salmoura
localizado na extremidade interna do tanque de salmoura. Pode ser
desentupido por fluxo de ar, água ou mecanicamente.
•
Lembre sempre de recomendar ao usuário que tenha máxima atenção
com relação a reposição do sal no tanque de salmoura. Em equipamentos
com operação automática, ao final de cada regeneração, o próprio
equipamento retorna água limpa ao tanque de salmoura. Esta água, sendo
adicionada continuamente, vai diluindo a salmoura remanescente.
•
A eficiência do Abrandador está diretamente ligada ao processo de
regeneração, pois o sal é o agente regenerante!
Algumas dicas de campo