UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES
PÓS-GRADUAÇÃO “LATO SENSU”
FACULDADE INTEGRADA AVM
Processos de Dessalinização da Água do Mar Utilizados a
Bordo de Navios.
Por: Célio Monteiro Vannier
Orientador
Prof. Nelsom Magalhães
Rio de Janeiro
2011
2
UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES
PÓS-GRADUAÇÃO “LATO SENSU”
FACULDADE INTEGRADA AVM
Processos de Dessalinização da Água do Mar Utilizados a
Bordo de Navios.
Apresentação
Candido
de
Mendes
monografia
como
à
requisito
Universidade
parcial
para
obtenção do grau de especialista em Engenharia da
Produção.
Por: Célio Monteiro Vannier
3
AGRADECIMENTOS
....aos amigos, professores e a colega
Tilda do AMRJ e aos colegas do Curso
de Engenharia da Produção da
Universidade Candido Mendes e da
Diretoria de Engenharia Naval da
Marinha do Brasil.
4
DEDICATÓRIA
A Deus que permitiu a produção deste
trabalho, e também à minha esposa Lúcia
e às minhas filhas Camilla e Karina, que
me incentivaram.
5
RESUMO
A presente pesquisa monográfica aborda inicialmente o tema
milenar de como transportar e preservar a integridade da água doce
armazenada a bordo de navios, a qual é utilizada para consumo humano e
alguns outros fins específicos (águas de serviço). Com aumento da
navegações e distância das rotas, a preocupação com a modernização dos
projetos (principalmente a partir da década de 80 do século passado) está
norteando boa parte do trabalho, a forma de obtenção de água doce, não só
para serviços, como para a sedentação humana abordo. Sob esta égide,
apresenta as metodologias empregadas (Grupo Destilatório e Grupo Osmose
Reversa); seus funcionamentos, seus equipamentos à aquisição; e finaliza com
uma análise de quais seriam as vantagens e/ou óbices à instalação de cada
um deles.
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METODOLOGIA
A metodologia utilizada neste trabalho constituiu-se de pesquisa
bibliográfica, e documental (referências técnicas, Marinha do Brasil) (Ludwig,
2009). A pesquisa realizada foi de cunho qualitativo (Gil, 2002), aliando-se a
experiência profissional de 25 anos em projetos navais de dessalinização.
Desta forma além da metodologia empregada o signatário discorre
sobre um assunto de âmbito conhecimento profissional.
7
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO
08
CAPÍTULO I: Utilização das águas a bordo
11
CAPÍTULO II: O processo a dessalinização da água do mar
16
CAPÍTULO III: Grupos Destilatórios
vantagens e restrições
30
e
Osmose
Reversa:
CONCLUSÃO
38
REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFIA
39
ANEXOS
44
ÍNDICE
48
8
INTRODUÇÃO
Com advento das navegações o Homem passou a conquistar terras
cada vez mais longínquas e para tanto o abastecimento a bordo de água doce
e potável tornou-se um dos pontos mais importantes na escala estratégica;
inclusive nos dias de hoje (Padovezi, 2003).
A necessidade cada vez maior de prover os navios com água de
qualidade, em face de exigências normativas (Brasil, 1993) quanto aos seus
graus de pureza; salinidade; e potabilidade, devido às necessidades inerentes
aos seres humanos, tem sido motivo de preocupação dos projetistas navais,
uma vez que, por maior que seja a capacidade total dos tanques de
armazenamento de aguada (água doce, na linguagem corrente a bordo) das
embarcações, esta quantidade é finita, além de estar sujeita a contaminações
(compostos químicos inorgânicos, orgânicos e microorganismos) que podem
ter efeitos maléficos à saúde da tripulação e/ou passageiros (Selborne, 2001).
Sendo assim, as embarcações devem ter condições de proverem
uma quantidade necessária para o seu abastecimento. À obtenção de água
nessas condições são utilizados processos de dessalinização de água do mar.
A dessalinização é o processo de transformar água salgada ou salobra em
água potável. É uma alternativa que já vem sendo bastante utilizada em países
do Oriente Médio como Israel e o Kuwait, além da Austrália, devido à escassez
de água potável nestes países (Carvalho, Borges e Nóbrega, 2001).
A produção de água em navios é obtida geralmente através de
processos de destilação ou osmose reversa. A tecnologia da Osmose reversa é
a mais utilizada, pois permite a obtenção de água desmineralizada ultrapura
que servem para utilização em diversos tipos de equipamentos existentes nas
embarcações (Carvalho, Borges e Nóbrega, 2001).
Cabe ressaltar; no Brasil, a utilização de dessalinização pelo
processo de Osmose Reversa teve inicio com a Petrobrás, em 1987, para
atender às suas plataformas marítimas. Desde então, devido à sua excepcional
eficiência purificadora, a osmose reversa vem sendo utilizada por ser uma
9
tecnologia moderna e muito eficiente em termos de custo para um sistema de
purificação de água.
Este trabalho monográfico se propôs a apresentar em seus
capítulos, os processos de geração de água doce pela dessalinização da água
do mar, para utilização a bordo de navios, tanto mercantes quanto militares.
As informações aqui contidas são de ordem técnica e sob esta
égide norteia à necessidade de se pensar, com bastante critério, ainda na fase
de projeto, se é prioritária a instalação de equipamentos dessalinizadores, e,
em caso afirmativo, qual deveria ser o processo, ou seja, a dessalinização da
água do mar por grupos destilatórios, ou o emprego do sistema de filtragem
fina através de membranas especiais que utiliza o processo osmótico,
conhecido como de um grupo de osmose reversa, que são os meios usuais
utilizados na atualidade a bordo de navios, tanto mercantes quanto para uso
militar.
Desta forma, foi subdividido em três Capítulos:
Assim, no primeiro foram citadas, de um modo geral, quais os tipos
de águas utilizadas a bordo dos navios, não só aquelas que são embarcadas
em tanques de armazenamento nos portos de origem no início das viagens
(como por exemplo, água doce de uso geral, água potável, água
desmineralizada, ou ainda água destilada), como aquelas que são captadas do
meio ambiente, mais comumente denominadas “águas brutas”, durante as
viagens, para serem transformadas, mediante algum tratamento, em águas de
serviço ou de consumo.
Cita-se os meios utilizados para captação; os sistemas de préfiltração; os meios de alienação das águas já utilizadas ou aquelas rejeitadas
durante os processos de dessalinização; e como as águas que não tem
utilidade prática a bordo, devem ser encaminhadas para fora do navio, como
por exemplo, as águas pluviais.
No segundo, enfocou o tema “o processo de dessanilização”,
composição média da água do mar, como: à sua salinidade, os sólidos
dissolvidos (sais); micro-organismos; os efeitos da má conservação da água
doce armazenada; e os efeitos maléficos da ausência da água doce abordo, na
10
ocorrência de impossibilidade de seu embarque em casos de avarias longe da
costa.
No terceiro, citou quais são os processos usuais para a
dessalinização da água do mar utilizados nos projetos navais da atualidade, ou
seja, um que utiliza o processo da destilação da água salgada do mar e outro
que utiliza o processo inverso da osmose para geração de água doce.
Procurou mostrar os princípios que regem o funcionamento de cada
um dos processos, aquele que utiliza uma fonte externa de calor (vapor ou
água de resfriamento da planta propulsora), para vaporização da água,
denominado neste trabalho: grupo destilatrório, e aquele que utiliza uma
fonte de alta pressão que permita a passagem da água salgada através de
membranas semi-permeáveis, denominado grupo de osmose reversa.
Apresentaram-se os principais componentes de cada grupo, e o
grau de pureza (TDS ou total de sólidos dissolvidos – sais), esperado para as
águas doces geradas em cada processo.
Para finalizar destacou-se a avaliação relacionada às peculiaridades
e facilidades existentes ou prevista em cada projeto naval, e a tendência atual
de se instalar os grupos de osmose reversa, em detrimento dos grupos
destilatórios. Em seguida, enfocou as vantagens e as desvantagens de cada
um dos processos, e deu uma idéia da diferença nos custos de aquisição dos
equipamentos que utilizam um ou outro meio de geração de água doce.
11
CAPÍTULO I
UTILIZAÇÃO DAS ÁGUAS A BORDO
"Todos os homens buscam a felicidade. E
não há exceção. Independentemente dos
diversos meios que empregam, o fim é o
mesmo. O que leva um homem a lançar-se à
guerra e outros a evitá-la é o mesmo desejo,
embora revestido de visões diferentes. O
desejo só dá o último passo com este fim. É
isto que motiva as ações de todos os
homens, mesmo dos que tiram a própria
vida (Pascal; 1623 – 1662. In.: Paisin,
2002, p. 146)”.
A água é um recurso natural essencial para a sobrevivência de
todas as espécies que habitam a Terra. No organismo humano a água atua,
entre outras funções, como veículo para a troca de substâncias e para a
manutenção da temperatura, representando cerca de 70% de sua massa
corporal. Além disso, é considerada solvente universal e é uma das poucas
substâncias que encontramos nos três estados físicos: gasoso, líquido e sólido.
O volume total de água na Terra não aumenta nem diminui, é sempre o mesmo
e ocupa aproximadamente 70% da superfície do nosso planeta; sendo que
97,5% da água do planeta é salgada (Heller e Pádua, 2006).
A água é o constituinte mais característico da terra; ingrediente
essencial da vida, a água é talvez o recurso mais precioso que a terra fornece
à humanidade.
Neste contexto, no projeto de um navio, no item autonomia, calcula
o tempo em que este pode navegar, ou seja, quanto tempo pode durar sua
maior viagem previsível, sem reabastecimento de óleo combustível, víveres, e
principalmente, água doce para consumo de pessoas. Desta forma, a água
doce potável para consumo de tripulantes e passageiros assumiu um papel da
mais alta importância, principalmente a partir da época em que os europeus em
seus navios passaram a se aventurar em novos descobrimentos em áreas
desconhecidas do mundo. Justamente por isto, os descobridores dos séculos
XV e XVI passaram a desejar uma maior autonomia para seus navios, tendo
12
em vista o risco e as incertezas que tais viagens ao desconhecido suscitavam,
e para se precaverem embarcavam a maior quantidade possível de víveres,
armamento, medicamentos e, principalmente, água potável (Blainey, 2010).
Com uma “autonomia não determinada”, como a que sujeitavam os
navios da época dos descobrimentos, devida ao desconhecimento das rotas e
a ocorrência de calmarias, essas viagens foram e são consideradas até hoje
como “heróicas”(Paisin, 2002).
Depois de algumas semanas, a água, geralmente armazenada em
barris de madeira, adquiria um gosto horrível e, com o prosseguimento da
viagem, tornava-se escassa. Assim, lavar o rosto – para não mencionar o resto
do corpo – não era um evento freqüente. Por causa do grande número de
pessoas amontoadas, da demora na região dos trópicos e da falta de frutas e
vegetais frescos, as doenças se alastravam facilmente.
Segundo Philbrick (2000, p.29), o flagelo da sede no período das
grandes navegações pode ser avaliada no seguinte relato:
“Foram inúteis todos os expedientes
tentados para aliviar o ardor cada vez
maior na garganta .... eles sabiam que
beber água salgada só serviria para piorar
tal estado, mas isso não impediu alguns
deles de tentar reter uma pequena
quantidade de água do mar dentro da boca,
na esperança de que conseguissem
assimilar um pouco de umidade. Isso só
servia para aumentar a sede.”
Com o aumento da tonelagem dos navios, passou haver espaço
para a construção de tanques, e nos projetos, a previsão de tanques para
armazenamento de água doce nos navios, passando a ser embarcada e
transportada em tanques estruturais, construídos em aço, com pintura
adequada e dispositivos para aeração, monitoração e manuseio (Borges e
Silva, 2003).
Esses tanques, com volume total determinado pelo cálculo da
autonomia do navio, ao se iniciar a viagem, saem do porto de origem cheios,
ou seja, em seus níveis máximos, e, através de sistema de distribuição de água
por meio de filtros, bombas, monitores da qualidade da água e sistema de
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tratamento anti-bactérias, é encaminhada aos diversos utilizadores do navio
(Almeida, Tomácio e Sampaio, 2010).
Os navios, quando em operação, estão diuturnamente semi-imersos
em algum meio aquático, fluvial ou lacustre (água doce), e, como é mais
comum no Brasil, no mar (água salgada), e, em alguns casos, ora numa ora
noutra água. Essas águas externas ao navio, recolhidas para utilização em
serviços de bordo, “in natura”, são chamadas de águas não tratadas, ou ainda
de “águas brutas”, e são de primordial importância para atendimento, após
filtragem grossa e bombeamento aos serviços a seguir mencionados:
v Resfriamento de plantas propulsoras (trocadores de calor,
camisas de resfriamento e condensadores);
v Lastro e esgotamento de tanques e compartimentos (funis de
enchimento e edutores);
v Combate a incêndios (hidrantes); e
v Higiene (sistemas sanitários e baldeação de conveses, entre
outros).
A água não tratada ou “água bruta”, doce ou salgada, é admitida
nos navios, através de “caixas de mar”, que são caixas de admissão,
fabricadas em aço e instaladas em algum local do casco, abaixo da linha
d’água leve, aberta para o exterior e provida de grade ou ralo, a fim de impedir
a entrada no sistema de detritos encontrados nos mares e rios. Dessas caixas,
aspirada por bomba(s), a água é direcionada ao sistema a que se destina e
para o qual foi projetado (Souza, 2006).
Após utilização, a água é descarregada, via redes, acessórios e
peças de costado1 apropriadas, em um ponto do casco do navio, abaixo ou
acima da linha d’água, conforme o caso, de modo que não possa ser
readmitida a bordo para nova utilização.
1
Também conhecido como Obras Mortas; parte do casco de navio que encontra-se acima do plano de flutuação a
plena carga, isto é, a parte que fica sempre emersa (Brasil, 2007).
14
De acordo com a utilidade que teve a bordo, algumas águas
necessitam de tratamento para descarga no meio em que se encontra o navio,
como são os casos de águas oleosas ou águas oriundas do sistema sanitário
(Buros 2000).
Mesmo sendo denominada água não tratada ou “água bruta”, para
utilização a bordo, essa água necessita de um pré-tratamento, pelo menos uma
filtragem grossa, para impedir a admissão nos sistemas de redes do navio, de
detritos que porventura ainda consigam penetrar nas “caixas de mar”,
anteriormente citada, tais como: colônias de micro-organismos, pequenas
placas de argila (no caso de águas dos rios), compostos orgânicos (húmus),
acúmulo de gases (que podem afetar o funcionamento de bombas, por
exemplo), seres vivos (pequenos animais, caramujos, e “cracas”), plantas de
pequeno porte (algas, folhas e caules).
Assim, esse pré-tratamento, usualmente é feito por “filtros de linha”
comuns, constituídos de um corpo (que não passa de uma caixa) que possui
em seu interior um elemento filtrante, que pode ser uma placa perfurada, uma
tela com malha apropriada ou um cartucho também convenientemente
perfurado, dispostos de tal forma que a água contaminada ou portando detritos,
passe através deles, retendo os elementos indesejáveis anteriormente citados.
Essa água, assim pré-tratada, mas ainda considerada uma água
não tratada, além de servir ao navio para os serviços anteriormente citados,
pode ser utilizada para fins mais nobres, desde que sofra algum tipo de
tratamento físico-químico, tais como: dessalinização (no caso da água do mar),
filtração fina por filtros areia e uso de barrilha (para as águas dos rios),
cloração, fluoretação, entre outros. Desta forma, após tratamento é
considerada tratada, a ser utilizada para (Lorch, 1987):
v Consumo diário de tripulantes e passageiros (alimentação e
higiene pessoal e lavanderias);
v Resfriamento de baterias (água desmineralizada), em
submarinos, principalmente;
v Lavagem de filtros de ar de turbinas;
v Resfriamento de motores de combustão interna; e
15
v Laboratórios de navios oceanográficos.
No caso de navios fluviais/lacustres, por navegarem quase
exclusivamente em água doce, não é prevista a dessalinização e sim o
recompletamento dos tanques de aguada com a água do meio ambiente, após
filtração e tratamento químico (cloração, principalmente) (Lorch, 1987).
Após utilização, nos vários serviços, nos navios as águas
necessitam de tratamento para serem descarregadas (Martins, 2007):
v Águas oleosas, oriundas dos porões das praças de máquinas
principalmente, que só podem ser descarregadas para o mar,
depois
de
tratadas
em
equipamentos
denominados
“Separadores de Água e Óleo” (SAO que reduzem o teor de
óleo a no máximo, 15 mg/L (miligrama por milhão); e
v Águas servidas, ou seja, águas utilizadas pela tripulação ou
passageiro para higiene pessoal e preparação/lavagem de
utensílios
de
cozinhas
(águas
cinzentas),
descargas
sanitárias (águas negras), que de acordo com lei federal no
9.966/200, em consonância com a legislação internacional
MARPOL 73/78, da qual o Brasil é signatário, só podem ser
descarregadas a uma distância da costa de, no mínimo, 12
milhas náuticas (Martins, 2007).
Embora sem utilidade prática a bordo, vale citar as águas pluviais
que são embarcadas durante as chuvas, por vezes torrenciais, que devem ser
consideradas nos projetos navais. Essas águas, dessalinizadas pela Natureza,
somente em situações críticas são armazenadas de algum modo para alguma
utilização esporádica, devido ao fato de que podem conter poluentes
atmosféricos indesejáveis (SO22, por exemplo). Assim, normalmente, as águas
pluviais são, depois de caírem sobre super-estruturas, casarias e toldos,
encaminhadas através de calhas, dutos, embornais e peças de passagem de
casco para fora do navio.
2
Dióxido de enxofre.
16
CAPÍTULO II
O PROCESSO DE DESSALINIZAÇÃO
DA ÁGUA DO MAR
“Por intermédio da salinidade, entre outras
causas, o Atlântico evidencia um fato que o
distingue dos restantes oceanos: nele
deságua, se não o maior, pelo menos um
grande número de rios, e entre estes
incluem-se alguns dos mais caudalosos rios
do mundo, para o que basta citar o
Amazonas, o Congo, o Mississipi, o Paraná
e o Rio da Prata, além de numerosos rios
europeus. As correntes fluviais lançam no
Atlântico uma grande quantidade de sais
minerais em dissolução, os quais se
desprendem das formações continentais
(Robert Gerwin, 1997, p 35).”
O mar cobre aproximadamente 3/4 da superfície do globo terrestre,
área considerável, tanto que muitos se referem à Terra como: “Terra – planeta
água”. Essa água, que contém dezenas de componentes salinos em sua
composição, dos quais se sobressai o cloreto de sódio (NaCl), possui, também
em suspensão, outras dezenas de partículas e micro-organismos como os
plânctons, por exemplo. Possui, ainda, nela disseminados, aqueles elementos
indesejáveis oriundos das atividades empreendidas por ações antropogênicas,
tais como (Gerwin, 1997):
v Hidrocarbonetos (indústria do petróleo e gás);
v Ácido sulfúrico (indústria metalúrgica e extração de minérios);
v Bactérias (derramamento de águas servidas das cidades no
mar); e
v Outros
agentes
poluidores
(poluentes
orgânicos
persistentes), além de incontáveis sub-produtos destes
devidos à decomposição de compostos orgânicos diversos.
17
A salinidade do mar é resultado de sais dissolvidos derivados dos
seguintes elementos (Gomes e Clavico, 2005):
v Cloreto - 56,0%;
v Sódio - 28,0%;
v Sulfato - 8,0%;
v Magnésio - 4,0%;
v Cálcio - 1,5%;
v Potássio - 1,0%; e
v Bicarbonato - 0,5%.
Os mares do mundo, dependendo das condições geográficas que
banham, possuem salinidades (teores dos compostos salinos predominantes)
diferentes:
v
Pela proximidade de estuários de grandes rios;
v
Pela existência de canais que o interliga com lagoas de
grande porte; e
v
Pela sua localização em áreas interiores (Mar Morto, por
exemplo); e
v
Pela proximidade aos pólos (Mar Antártico, por exemplo).
Nesses casos são observadas, como já citadas, as salinidades
diferentes podem afetar consideravelmente os projetos de equipamentos que
venha a ser destinados à dessalinização da água desses mares.
No Brasil, de acordo com publicação da Diretoria de Hidrografia e
Navegação da Marinha do Brasil (2011), que é o órgão especializado, entre
outras atividades também de suma importância, na medição da salinidade da
água do mar ao longo de todo o litoral brasileiro, apresenta um resultado de
teor desalinidade diferenciado, todavia, próximos como exemplificado na
Tabela nº 1 (Anexo I).
Cabe ressaltar as seguintes observações em face aos resultados
apresentados pela Instituição supracitada:
v O valor da salinidade é medido em águas oceânicas (águas
abertas). Nos estuários do Amazonas e proximidade da
Lagoa dos Patos, a salinidade decresce bastante, podendo
18
atingir níveis desprezíveis. Por exemplo, a salinidade da
água do mar na região de Rio Grande do Sul (RS) é de
cerca de 28 mg/L.
v O valor padrão da salinidade da água do mar utilizado pela
DHN é de 35 mg/L.
Em se tratando de dessalinização da água do mar, que é o escopo
deste trabalho, e usando a terminologia usualmente empregada pelos
fabricantes de equipamentos dessalinizadores, será empregada a sigla TDS
(em inglês, Total Dissolved Solids), que é a medida do quantitativo dos sólidos
dissolvidos, no caso, partículas dos sais dissolvidos na água, ou mg/L
(miligramas de sal dissolvidos em um litro de água), que está diretamente
associada ao conceito de Condutividade, que é o parâmetro utilizado nos
sensores (salinômetros), que monitoram a qualidade da água doce gerada
(Buros, 2000).
A medida da condutividade eletrolítica, também chamada de
condutância específica (unidade usual: micromho/cm), é a capacidade de uma
solução (no caso, a água do mar), de conduzir corrente elétrica. O mecanismo
da condução de corrente elétrica em soluções eletrolíticas difere da citada
condução dos metais. Nos metais a corrente composta unicamente de elétrons
livres, enquanto que nos líquidos, a condução é realizada por íons (Mirlean,
2000).
A condutividade, assim, resulta da soma das contribuições de todos
os íons presentes na solução. Portanto, uma medida obtida de baixa
condutividade, pode significar uma baixa concentração de componentes
inorgânicos (bons condutores de corrente), porém alta de componentes
orgânicos (maus condutores de corrente), sendo assim o valor do TDS
(unidade usual: mg/L), referido somente aos componentes inorgânicos da
solução (Barrow, 1982).
A Condutância Específica é definida como o recíproco da
Resistência Específica em ohm/cm de um eletrólito. Como exemplo, são
mostradas abaixo as condutividades típicas de soluções mais encontradas, e o
19
largo espectro de condutividade em soluções aquosas (Barrow, 1982):
v Água ultra-pura: 0,075 micromho/cm;
v Água destilada de boa qualidade: 1,000 micromho/cm;
v Água potável de boa qualidade: 67,500 micromho/cm; e
v Água do mar: 45.000 micromho/cm.
Compreende-se então, tendo-se em vista a quantidade infinitamente
superior da água do mar existente no meio ambiente, em relação à quantidade
de água doce proveniente de mananciais, a necessidade de se criar meios e
processos sempre mais eficazes e economicamente competitivos, para a
dessalinização dessa riqueza (água do mar), disponível a todo o momento,
para usá-la como água doce; pelo menos para a reposição da água doce
consumida nas diversas utilizações, nos reservatórios não só de navios como
de algumas comunidades onde a água doce de origem natural é de difícil
obtenção e/ou de origem duvidosa, como, por exemplo, água contaminada
(Garcia, 2001).
Torna-se, pois, necessária à captação da água do mar e submetê-la
ao tratamento denominado Dessalinização, ou seja, trazer sua salinidade,
geralmente alta, para um valor para que possa ser utilizada nos diversos
sistemas que utilizam água doce que, no caso deste trabalho, são os usuais a
bordo de navios.
Normalmente, para consumo humano e/ou outras aplicações onde a
água doce a bordo seja imprescindível como:
vLavanderias;
vResfriamento de motores e demais equipamentos;
vLimpeza de pára-brisa.
vOperação e manutenções de ferramentas e sensores.
É admissível que os equipamentos dessalinizadores consigam
reduzir a salinidade da água do mar de 36 mg/L (valor médio da salinidade da
água salgada, doravante considerada), para uma água que contenha no
máximo, um TDS de 500 mg/L.
Existem navios que necessitam, para operação de equipamentos
específicos, de água com um teor de sais menor do que 500 mg/L como
20
veremos posteriormente, e, nestes casos, outros tipos de dessalinização
poderão ser utilizados, tais como a re-passagem da água já dessalinizada
pelas membranas de um grupo de osmose reversa, por exemplo, reduzindo o
TDS de 500 mg/L para cerca de 20 mg/L, e, posteriormente, utilizando um
Desioniador3, reduzir esses 20 mg/L para cerca de 4 mg/L, que é a água
chamada de Água Desmineralizada (Brasil, 1994).
Basicamente, um desionizador é um equipamento que contém em
seu interior colunas de fracionamento fabricadas em resina sintética que
conseguem, quando colocadas em contato com uma solução iônica, captar
determinados íons e liberar outros (íons de troca). Assim, estes equipamentos,
ao receberem uma água com predominância de determinados íons, é capaz de
reter os indesejáveis, diminuindo a salinidade da solução.
Esta água, desmineralizada, pode assim ser utilizada em sistemas
especiais, como: recompletamento de baterias (submarinos, principalmente);
uso hospitalar em enfermarias de bordo; água de reserva (água destilada
utilizada na alimentação de caldeiras); e água destilada para uso laboratorial
(Garcia, 2001).
Após o tratamento (“dessalinização”), a água necessita de algum
tipo de “pós-tratamento”, para torná-la uma água aceitavelmente “potável’, ou
seja, uma água que atenda no Brasil, a Portaria 518/2004 do Ministério da
Saúde, que define os padrões de potabilidade, com base nas exigências da
Organização Mundial de Saúde (OMS).
3
A desionização (também chamada permuta iónica) é muito usada em laboratórios para fornecer água
purificada conforme necessária. Os desionizadores de laboratório incorporam invariavelmente cartuchos
de leitos mistos de resinas de permuta iónica que ou são devolvidos a uma estação de regeneração para
recarregar quando ficam exaustos ou então são descartados (King, 1981).
21
Cabe ressaltar que defini-se como água potável como (Saneamento
Ambiental, 2008, p.3):
“Água potável é a água que pode ser
consumida por pessoas e animais sem risco
de adquirirem doenças por contaminação
da mesma. Ela pode à população com ou
sem tratamento, dependendo da origem do
manancial. O tratamento da água ser
oferecida visa reduzir a concentração de
poluentes até o ponto em que não
apresentem riscos à saúde”.
Como exemplo das características que uma água potável de boa
qualidade deve atender aos requisitos da Portaria 518/2004 (Tabela nº 2 e 3,
Anexo II).
No caso deste trabalho, serão mencionados apenas aqueles
tratamentos usuais realizados na água doce após sua geração em navios
militares e mercantes tais como cloração, tratamento por UV (raios Ultra
Violeta), filtragem por carvão ativado, bromatação, fluoretação, entre outros,
visando seu armazenamento em tanques que podem, eventualmente, ser
contaminados por agentes externos ou da própria embarcação (Gomes e
Clavico, 2005).
A necessidade ou não da previsão do tratamento Dessalinização a
bordo de navios, deverá ser decidida em sua fase inicial de projeto, com as
informações advindas dos requisitos gerados no cálculo de sua autonomia, ou
seja, definição das rotas para as quais determinado navio foi reservado, se há
facilidades ou não de recompletamento dos tanques de água doce nos portos
visitados, e, principalmente, ter a certeza que nesses portos existe água de boa
qualidade e que a mesma possua laudo de análise firmado por autoridade
sanitária ou laboratório idôneos.
Da década de 50 do século XX em diante, mesmo com as
facilidades e a certeza de recebimento de água doce com razoável
confiabilidade, a tendência dos projetistas navais foi à opção de instalação de
algum tipo de dessalinizador a bordo, garantindo assim, desde que criada uma
adequada redundância de instalação do mesmo (previsão de instalação de
22
pelo menos dois equipamentos, com mesma capacidade, sendo um de
reserva) (Souza, 2006).
Como veremos a seguir, existem dois principais tipos de
dessalinizadores, com princípios de funcionamento diversos, sendo que o mais
antigo (geração de água doce por destilação, chamados “destiladores”),
depende da existência a bordo de alguma fonte de calor da qual ele seja,
preferencialmente, por motivos econômicos, apenas um dos usuários; e o outro
tipo, mais utilizados nas décadas finais do século XX, tendendo a substituir os
destiladores em quase totalidade dos serviços, que utiliza “membranas semipermeáveis” que permitem uma filtragem “microscópica” da água do mar,
tornando-a uma água doce livre do excesso de sais, sólidos e da maioria das
bactérias existentes naquela água.
23
2.1- Processos de Dessalinização Utilizados em Navios:
Dentre os processos de dessalinização da água do mar os mais
conhecidos, são: por separação de estados físicos (vaporização, por exemplo);
por filtragem ultra-fina, utilizando o fenômeno da osmose; e por dissociação
iônica (laboratorial) (Souza, 2006).
Ao escolher o processo a ser utilizado, deve-se ter em mente as
peculiaridades/facilidades existentes a bordo, tais como (Maya, 2002):
v Existência de locais adequados para instalação de “caixas
de
mar”
para
admissão
da
água
salgada
a
ser
dessalinizada, ou seja, que permita a captação de água
salgada livre de contaminantes gerados pelo próprio navio;
v Fonte de calor, no caso de instalação de dessalinizadores
do tipo “destiladores”, seja pela existência a bordo de vapor,
seja pela disponibilidade de água de resfriamento de
componentes da planta de propulsão (água aquecida), seja
pela existência a bordo de fluido térmico (óleo aquecido em
equipamentos especiais para aquecimento de sistemas
específicos do navio), ou outra fonte qualquer; e
v Local
adequado
para
instalação
do
equipamento
dessalinizador a bordo, ou seja, espaço físico que permita a
operação e manutenção do mesmo, com a menor
interferência possível nos outros sistemas do navio.
Embora menos utilizados na atualidade, serão citados inicialmente
os dessalinizadores que utilizam a destilação como meio de geração de água
doce. Ressalta-se que sua menor participação nos projetos navais atuais, não
exclui sua importância, tendo-se em vista a boa qualidade da água doce
produzida (Souza, 2006).
Um dessalinizador por destilação (doravante denominado Grupo
Destilatório, como é normalmente chamado nos meios navais), utiliza os
fenômenos da vaporização e da condensação, nesta ordem, numa operação
24
que separa as fases da solução que é a água do mar (Anexo I, Figura 01) seu
processo a ser descrito (Souza, 2006).
No evaporador, que é um recipiente especial, a água concentrada
é aquecida por uma fonte de calor qualquer, até seu ponto de ebulição (cerca
de 100oC, nas CNTP, ou seja, Condições Normais de Temperatura e Pressão).
O vapor d’água assim produzido pelo aquecimento da água salgada
é conduzido, via tubulação construída com material bom condutor de calor (aço
inox e cobre) através de um condensador, que é um recipiente contendo um
meio de resfriamento, que pode ser a própria água do mar à temperatura
ambiente. Este meio, em contato com a tubulação contendo em seu interior o
vapor d’água, provoca o fenômeno da condensação, e, no caso, é a água
destilada produzida no sistema. No fundo do evaporador, deposita-se a água,
agora com uma concentração maior de sais, denominada vulgarmente de
salmoura.
Os Grupos Destilatórios utilizam basicamente este princípio e foram
largamente utilizados a bordo de navios, e dependendo de sua constituição
interna, que permita uma ou mais etapas de vaporização, como descrita acima,
são conhecidos como Grupos Destilatórios de “simples efeito”, “duplo
efeito”, e assim por diante. Esses modelos de destilação utilizam o vapor como
fonte de calor para a vaporização da água salgada, podem obtê-lo via
derivação de uma rede de vapor.
Em navios que tem propulsão a vapor, ou aqueles que embora não
a tenham, mas possuam vapor a bordo (gerado por caldeiras auxiliares a óleo
ou economizadores que utilizam os gases de descarga dos motores para
geração de vapor), a quantidade de vapor consumida por esses grupos
dessalinizadores, devem ser computadas no dimensionamento das referidas
caldeiras, cabe ressaltar que a quantidade citada deve possuir os requisitos
estipulados pelos seus fabricantes (Maya, 2002).
Os navios que utilizam vapor podem classificados quanto a sua
dependência: os dependentes de vapor, aqueles que efetivamente geram
vapor e os que aproveitam o calor dissipado por motores de combustão interna.
Destarte, estes últimos são considerados além de mais econômicos, mais
25
compactos e mais sofisticados; foram largamente utilizados entre as décadas
de 60 e 80 do século passado, e ainda encontram aplicação em números
navios em operação (Maya, 2002).
O princípio de funcionamento dos que utilizam calor dissipado,
dependente do calor rejeitado (que antes era descartado com a água para fora
do navio) nos trocadores de calor da planta propulsora, sendo este calor
utilizado no evaporador do grupo destilatório, como fonte de calor para a
evaporação da água. Na maioria dos casos, é utilizado o calor dissipado pela
água de resfriamento das camisas dos motores de combustão, que deixa os
motores à uma temperatura de aproximadamente 70ºC. Esta água é então
encaminhada ao evaporador, aquecendo a água do mar a ser destilada nele
contida, até a ebulição da mesma (Brasil, 1992).
Para que a água fosse aquecida à temperatura de 100°C nas
CNTP, devido às condições da instalação (área destinada) dos equipamentos
destilatórios, necessitou instalar um edutor (ejetor de ar) na câmara do
evaporador, no qual a água motriz, pressurizada pela bomba do sistema, no
caso a própria água salgada utilizada como água de resfriamento do grupo, ao
passar pelo venturi do edutor, succionando o ar ali contido, criando assim uma
depressão (vácuo), que permite que a água comece a se vaporizar a esta
temperatura mais baixa, cerca de 68oC (Anexo I: Figura 02). São componentes
do sistema (Maya, 2002):
v Filtro de linha na admissão da água do mar;
v Bomba de admissão da água do mar;
v Resfriador de água doce, através da água do mar;
v Bomba de extração de condensado (água doce gerada);
v Edutor (ejetor de ar) da câmara do evaporador;
v Evaporador (incluindo aquecedor, separador de gotículas e
condensador; e
v Salinômetro
produzida).
(medidor
da
salinidade
da
água
doce
26
São considerados componentes periféricos do sistema (Maya,
2002):
v Motor de combustão interna;
v Resfriador de água doce das camisas do motor; e
v Tanque de armazenamento de água doce.
A água doce utilizada no resfriamento das camisas deixa o motor e
é direcionada ao aquecedor do evaporador, onde troca calor, ou seja, cede
calor à água salgada a ser destilada, e retorna ao mesmo motor, via resfriador
(à água salgada externa ao sistema), em regime de “circuito fechado”. Este
calor rejeitado pela água doce, na presença do vácuo promovido pelo edutor,
permite o início e mantém a vaporização da água à temperatura de cerca de
68oC (Freitas, 2011).
O vapor assim gerado, livre dos sais contidos na água, passa pelo
“separador de gotículas” (onde ficam retidas gotículas ainda com resquícios de
sais) e, a seguir, através do condensador interno, onde ao ser resfriado (pela
água salgada do mar), condensa-se e o condensado é recolhido em recipiente
apropriado, já na forma de água doce. Deste recipiente, via bomba de extração
de condensado, esta água é direcionada ao resfriador de água doce (que utiliza
água do mar, água esta que, assim pré-aquecida, pode re-alimentar o
processo).
A água doce assim gerada, após ser monitorada pelo salinômetro,
poderá ser encaminhada ao(s) tanque(s) de armazenamento de água doce do
navio, caso contenha a salinidade adequada; ou rejeitada para fora do navio,
em caso contrário.
A salmoura acumulada no fundo do evaporador, ou seja, a água
com alta concentração de sais resultante da evaporação da água do mar que
permitiu a geração de água doce, é periodicamente descarregada para o porão
ou para fora do navio. Neste tipo de dessalinização, por utilizar a vaporização
da água, é conseguida, pela maioria dos fabricantes destes equipamentos,
uma água doce com uma salinidade (TDS, total de sólidos dissolvidos) em
torno de 4 mg/L, considerada como água destilada pura.
27
Outrossim, ao contextualiza-se os projetos navais a partir dos anos
80 pode-se observar uma crescente preocupação e em projetos em países cuja
água doce é considerada escassa, como na Arábia Saudita (Selborne, 2001).
Outra técnica de obtenção de água por dessalinização é a nomeada
de osmose. Classificada no Grupo de Osmose Reversa, como é usualmente
chamado, utiliza, como o próprio nome indica, a osmose reversa, ou seja,
aquela que se processa no sentido inverso da osmose natural, através de
artifícios mecânicos (Baker, 2004).
Intitula-se osmose natural o fenômeno entre duas soluções com
diferentes graus de concentrações salinas, separadas por uma membrana
semipermeável, ou seja, uma membrana que permite a passagem entre uma e
outra soluções, embora com dificuldade. Assim, colocadas as soluções em um
mesmo recipiente e separadas pela citada membrana, com o tempo, ocorre a
passagem da solução menos concentrada para a solução mais concentrada
(fluxo osmótico), devida à criação da pressão osmótica, que é um fenômeno
natural (Anexo I; Figura 03).
O fluxo osmótico acima citado, natural, termina quando cessa a
ação da pressão osmótica, ou seja, quando as concentrações das duas
soluções se igualam, criando assim o equilíbrio osmótico.
A finalidade da dessalinização é justamente o contrário da ação da
osmose natural, ou seja, é desejada a passagem da parte líquida da solução
mais concentrada (no caso a água do mar) por uma membrana, formando uma
solução com concentração mais baixa (água doce), contrariando a pressão
osmótica natural. Para isto, foi criado a osmose reversa, ou seja, a passagem
da fase líquida da solução mais concentrada através de membranas
semipermeáveis, pela ação de uma pressão externa ao fenômeno natural
(filtragem super-fina) (Bhaittacharyya e Willians, 1992).
Então foram criados os chamados GRUPOS DE OSMOSE
REVERSA (GOR), que são equipamentos normalmente montados em uma
única unidade compacta, englobando pré-filtros, bombas, membranas,
sistemas de pós-tratamento e sistemas de monitoração (Maya, 2002).
28
Podem ainda, em lugar de uma unidade única, serem fornecidos em
módulos, ou seja, cada um dos componentes acima citados ser fornecido
separadamente, para melhor instalação a bordo (Maya, 2002).
O sistema compreende os seguintes componentes:
v Meio de captação e condução da água do mar até o
equipamento (“caixa de mar”, redes e válvulas);
v Filtros de proteção do sistema;
v Bomba de baixa pressão;
v Bomba de alta pressão; e
v Bateria de membranas semipermeáveis acondicionadas em
invólucros resistentes à alta pressão.
São considerados componentes periféricos:
v Redes e acessórios para condução da água doce
produzida;
v Alimentação elétrica (controladores e sistemas de proteção);
e
v Tanque de armazenamento de água doce do navio.
A água do mar é admitida no navio pela “caixa de mar”, e através
das redes e válvulas chega aos primeiros filtros de proteção, que podem ser
filtros de areia, filtros de linha com malha fina ou qualquer outro tipo. A bomba
de baixa pressão succiona destes filtros e descarrega para outro filtro de
proteção, geralmente um filtro tipo “cartucho”, e este, para a sucção de uma
bomba de alta pressão, com uma pressão de recalque em torno de 70 bar
(Bonnelye e Sanz, 2004).
Na seqüencia, esta bomba descarrega para a bateria de
membranas, dispostas de tal forma, que o fluxo da água percorre uma
membrana de cada vez, em série, ou seja, a descarga de um invólucro,
coincide com a admissão do seguinte, e assim sucessivamente, até deixar a
bateria, e, supostamente, uma água já dessalinizada.
29
A água doce assim gerada, após ser monitorada pelo salinômetro,
poderá ser encaminhada ao(s) tanque(s) de armazenamento de água doce do
navio, caso contenha a salinidade adequada, ou rejeitada para fora do navio,
em caso contrário. A salmoura rejeitada pelas membranas, ou seja, a água
com alta concentração de sais resultante da filtragem da água do mar que
permitiu a geração de água doce, é descarregada para o porão ou para fora do
navio (Bonnelye e Sanz, 2004).
Neste tipo de dessalinização, por utilizar um tipo de filtragem fina, é
conseguida, pela maioria dos fabricantes deste equipamentos, uma água doce
com uma salinidade (TDS, total de sólidos dissolvidos) no máximo de 500
mg/L, a partir de uma água salgada com um TDS médio de 36.000 mg/L e é
considerada como água doce passível de ser tornada potável, após algum tipo
de pós-tratamento, segundo padrões da OMS.
Para outras aplicações, essa água (TDS de no máximo 500 mg/L
produzida num Grupo de Osmose Reversa) poderá sofrer algum tipo de
refinamento que diminua este teor. Normalmente, nos navios, quando isso é
necessário, é solicitado ao fabricante que o equipamento tenha condições de
promover uma “repassagem” da água já produzida novamente pelas
membranas e/ou o equipamento possua um acréscimo de estágios (mais de
uma bateria de membranas). Com esta providência, consegue-se uma redução
de 500 para cerca de 20 mg/L.
30
CAPÍTULO III
GRUPOS DESTILATÓRIOS GRUPOS DE
OSMOSE REVERSA: VANTAGENS E RESTRIÇÕES
Somente por motivos acadêmicos devem ser comparados os
dessalinizadores
que
utilizam
o
processo
destilação
(GRUPOS
DESTILATÓRIOS - GD) e aqueles que utilizam o fenômeno da OSMOSE, no
caso a osmose no sentido inverso (GRUPOS DE OSMOSE REVERSA - GOR).
Como pode ser visto no capítulo anterior, a utilização de um ou outro
processo/equipamento, está condicionado aos seguintes fatores (Luz, 2010):
v Peculiaridades do projeto do navio – necessidade de água
com maior qualidade e quantidade;
v Grau de obsolescência de um ou outro equipamento –
embora não obsoletos, na acepção da palavra, os grupos
destilatórios, atualmente são menos empregados, que os
grupos
de
osmose
reversa,
porém
não
estão
completamente excluídos mesmo em navios onde os grupos
de osmose reversa são os principais equipamentos
dessalinizadores;
v Facilidade de aquisição e manutenção – ambos os
equipamentos apresentam problemas específicos, como
serão descritos no decorrer deste trabalho; e
v Disponibilidade de fontes de calor perene - os destiladores
necessitam de alguma fonte de calor contínua, ou seja, que
não pode ser interrompida ou acionada somente para a
produção de água doce (vapor ou água de resfriamento de
equipamentos periféricos da planta propulsora), e outros
fatores, menos importantes.
No Grupo Destilatório, a água doce produzida tem uma salinidade,
no final do processo, que atende a maioria dos serviços de bordo, com ou sem
pós-tratamento, e, em alguns casos, até uma ressalinização, com a adição de
31
alguns sais necessários a uma água classificada como água potável, sais
esses excluídos durante o processo de dessalinização por destilação (ElNashar e Qamhiyer, 1995).
No Grupo de Osmose Reversa, a água produzida tem uma
salinidade que atende aos serviços de bordo, porém em alguns casos, tem que
ser submetida a processos adicionais mais refinados, para determinados
serviços específicos, tais como (Baker, 2004):
v Recompletamento da água desmineralizada de baterias
(submarinos); e
v Água para sistema de armamento e radar (navios militares);
e outros sistemas que necessitam de água classificada
como “água desmineralizada”.
Ambos os dessalinizadores, em virtude das condições do alto grau
de poluição das águas litorâneas, principalmente em baías, canais, estreitos e
proximidade da área de existência de plataformas de exploração de petróleo,
tem uma grande restrição operacional, que é aquela relativa à captação da
água salgada a ser dessalinizada, em virtude da existência de poluentes por
ações antropogênicas, tais como: esgoto sanitário das cidades circunvizinhas;
dejetos industriais diversos; como ácido sulfúrico; hidrocarbonetos oriundos da
exploração e refinamento do petróleo, além de incontáveis outros poluentes
(Luz, 2010).
Esses poluentes, num Grupo Destilatório, por exemplo, inibem e
diminuem a eficiência dos trocadores de calor, e num Grupo de Osmose
Reversa, diminuem consideravelmente a eficiência e a vida útil das membranas
semipermeáveis, que são a alma do processo.
Para minimizar o problema citado anteriormente, tende-se a utilizar
estes equipamentos em áreas onde esses poluentes existem em menor
concentração e/ou são encontrados em quantidade mínima, ou seja, à uma
distância de 12 milhas náuticas da costa e da área da zona de exploração de
petróleo por plataformas.
32
Ressalta-se que no caso da presença de hidrocarbonetos (óleo) na
água do mar a ser captada para geração de água doce, há ainda a
possibilidade de se instalar, antes de sua admissão no dessalinizador, de um
equipamento usualmente denominado de Separador de Água e Óleo (SAO)
(Brasil, 1988).
Este equipamento ao receber a água contaminada, retém o óleo ali
contido, reduzindo seu teor a níveis que impeçam a degradação dos sistemas,
seja dos trocadores de calor nos GD, seja das membranas dos GOR. Um SAO
desse tipo, um equipamento quase laboratorial, pode reduzir o teor de óleo
numa água do mar até 0,1 mg/L, permitindo a utilização do dessalinizador em
águas que normalmente contém hidrocarbonetos, como por exemplo, águas
próximas às plataformas exploradoras de petróleo.
Outra restrição operacional é a questão da temperatura da água do
mar, que atinge tanto os Grupos Destilatórios quanto os Grupos de Osmose
Reversa (onde há maior influência) (Luz, 2010):
v Num GD, a baixa temperatura da água do mar exigirá mais
calor para levar a água salgada a ponto de vaporização,
exigindo mais vapor ou mais água de resfriamento dos
componentes da planta propulsora, o que redunda em maior
gasto de óleo combustível;
v Num GOR, a baixa temperatura da água do mar inibe mais
drasticamente a ação das membranas semi-permeáveis,
reduzindo consideravelmente a produção de água doce.
Para corrigir essa perda, os fabricantes possuem tabelas
com fatores de correção que permitem o cálculo do
acréscimo de quantidade água de alimentação deverá ser
feito, com base na produção normal de projeto, geralmente
a uma temperatura de 25oC, afim de manter a capacidade
de produção de projeto do equipamento, evitando danos às
membranas.
33
Ao comparar os dois grupos GD e GOR pode-se dizer (Luz, 2010):
1º Do Grupo Destilatório (GD):
a) Pontos positivos:
v Água produzida de excelente qualidade, próxima de 4 mg/L
(água praticamente desmineralizada);
v Baixa demanda de energia elétrica consumida pelas
bombas de admissão de água salgada e extração de
condensado, que são bombas de pequenas capacidades.
Isso é importante em navios, devido ao fato que economia
de potência elétrica significa economia do óleo combustível
utilizado nos geradores de energia elétrica (Grupos Diesel
Geradores);
v Reutilização da água salgada admitida, para várias funções,
tais como acionamento do edutor (ejetor de ar), resfriador
de água doce e do condensador do evaporador, tornando o
equipamento (e seus componentes) é mais compacto,
permitindo melhor arranjo a bordo;
v Água gerada livre de organismos e bactérias, devido à
utilização do processo de vaporização da água;
v Manutenção facilitada pela simplicidade do sistema, ou seja,
mediante operações de baixa complexidade, pode ser
realizada a substituição das placas de titânio dos trocadores
de calor e das juntas entre elas, por exemplo; e
v Baixo nível de vibração e ruído, que são requisitos,
principalmente em navios militares (submarinos e navios
hidrográficos), devido às já citadas baixas capacidades das
bombas inerentes ao sistema.
34
b) Pontos negativos (Luz, 2010):
v Necessidade de uma fonte de calor perene, ou seja, uma
planta de vapor ou de propulsão do navio funcionando
ininterruptamente, o que não é sempre exeqüível, seja
devido
a
avarias,
reparos,
manutenção
ou
durante
estadia/espera prolongada nos portos;
v A produção de água doce, como conseqüência, fica
condicionada às flutuações da demanda de vapor, ou da
disponibilidade da quantidade de água de resfriamento dos
trocadores de calor da planta propulsora que atenda ao
requisito de vazão de projeto do GD, em ambos os casos; e
v Devida à sua menor utilização na atualidade, existem
relativamente poucos fabricantes e fornecedores destes
equipamentos,
que
são
ordinariamente
de
origem
estrangeira, visto que o único fornecedor no Brasil é
meramente
um
montador
destes
grupos,
utilizando
componentes importados, como os trocadores de calor de
placas, por exemplo.
2º Do Grupo Osmose Reversa (GOR) (Luz, 2010):
a) Pontos positivos:
v A geração de água doce é realizada de forma autônoma, ou
seja, independente de outros sistemas do navio, bastando
para tal, que os componentes do GOR, tais como bombas,
filtros e membranas estejam fisicamente aptos ao seu
funcionamento,
e,
da
mesma
forma,
que
os
GD
anteriormente citados, haja energia elétrica disponível, e que
as
“caixas
de
mar”
dedicadas
ao
sistema
estejam
desobstruídas e em sua plena capacidade de captação de
água salgada;
35
v A capacidade do(s) equipamento(s), no caso a quantidade
de água doce a ser gerada, como conseqüência, não fica
limitada à quantidade dos rejeitos de outros sistemas,
podendo com isso ser dimensionada de acordo com a
demanda necessária à tripulação mais passageiros. Existem
GOR instalados em navios em operação, com capacidade
total de mais de 150 toneladas de água doce por dia
(150t/24h) (Luz, 2010);
v As membranas utilizadas nesta praticamente nano-filtragem
conseguem reter a maioria de bactérias infecciosas e vírus,
que são eliminadas para fora do navio juntamente com o
rejeito do grupo (salmoura);
v O grupo permite instalação modular, ou seja, instalação dos
componentes em unidades específicas, como por exemplo:
módulo de filtragem, módulo de bombeamento e módulo de
baterias de membranas, fato este que facilita o arranjo dos
equipamentos a bordo de navios, onde espaço é uma coisa
exígua e disputada; e
v Embora ainda importados, são de fácil aquisição no
mercado,
sendo
conhecida
uma
razoável
gama
de
fornecedores idôneos e já com tradição em relação a este
tipo de equipamento, com fornecimento de serviços de
instalação, comissionamento (funcionamento pela primeira
vez), fornecimento de peças sobressalentes e demais
facilidades inerentes ao seu início de funcionamento com a
rapidez que a necessidade determina para cada caso.
b) Pontos negativos (Luz, 2010):
v As membranas semi-permeáveis, fabricadas com material
sintético, ainda importadas e que são o “coração” do
sistema, utilizam, para sua fabricação, tecnologia avançada
36
e relativamente recente e, por isto, com reduzido número de
fabricantes e fornecedores, sempre do exterior. Este fato
gera um relativo monopólio de parte destes fabricantes, o
que acarreta um ainda elevado custo destes componentes
(Luz, 2010);
v A manutenção e preservação é complexa, tanto das
membranas, quanto dos filtros e bomba de alta pressão.
Para a preservação das membranas, os fabricantes
recomendam e fornecem uma variada quantidade de
produtos químicos, sendo alguns, ainda, de origem
estrangeira, tais como: Sulfato de Sódio – NaSO4; Hidróxido
de Sódio – NaOH; Ácido Fosfórico – H3PO4, Trifosfato de
Sódio – Na3PO4; Meta bi-Sulfito de Sódio – Na2S2O5; Ácido
Cítrico; e Formaldeído – CH2O.
v Por gerar uma água doce com relativa alta concentração de
sólidos ainda dissolvidos, cerca de 500 ppm, podem estar
associados a organismos indesejáveis. Desta forma há
necessidade de se prever equipamentos auxiliares a fim de
prover algum tipo de pós-tratamento da água gerada, sendo
comum, por exemplo, um esterilizador tipo UV – ultra
violeta, destinado à eliminação ou minimização da presença
de contaminantes tais como vírus e bactérias não retidos
nas membranas.
Em relação ao custo dos grupos em questão, fica difícil realizar tal
comparação, pois os dois grupos utilizam equipamentos muito diferenciados,
além de possuírem princípios de funcionamento tão diversos.
Neste contexto, não cabe a escolha de um Grupo apenas pelo seu
custo e sim do somatório de fatores como: das condições físico-química da
água a ser captada; de que tipo de embarcação será implementado;
manutenção equipamento empregado; além da associação ao próprio custo.
Desta forma, ao analisar o somatório de fatores, pode-se chegar a um custo
37
mais baixo que pode variar entre 15 a 20% mais baixo para o Grupo
Destilatório.
Ressalta-se que apesar da menor utilização dos Grupos Destilatórios
na atualidade, contudo, à boa qualidade da água gerada aliada à
desnecessidade de equipamentos complementares (responsável pela elevação
do custo) à sua esterelização, torna o GD menos custoso como supracitado,
mesmo que a princípio a diferença pareça pequena.
38
CONCLUSÃO
Foi concluído, neste trabalho, que não existe processo ou
equipamento melhor ou pior, ou seja, dependendo da utilização e das
condições físico-químicas da água captada à geração da água doce, tanto
pode ser empregado um ou outro processo, e em alguns casos, como pode ser
observado em muitos navios em operação, ambos os processos.
Neste contexto, quando se deseja a geração de uma água com
requisitos de pureza mais acurados, tais como água de alimentação de
caldeiras,
água
para
re-completamento
de
baterias
(submarinos
principalmente) ou água para uso laboratorial (navios hidrográficos), é
recomendável a instalação de um GRUPO DESTILATÒRIO; e quando se
deseja a geração de uma água doce com requisitos de pureza suficientes ao
uso da tripulação e passageiros, tais como água potável, água para higiene
pessoal, entre outras, que atenda aos padrões e normas internacionais (OMS,
por exemplo), recomenda-se à instalação de um GRUPO DE OSMOSE
REVERSA. E, finalmente, em navios nos quais os dois tipos de água são
necessários, é recomendável a instalação de ambos os processos.
Em relação ao custo pode-se ter uma margem vantagem em termos
de custos ao Grupo Destilatório de 15 a 20% mais baixo, como visto
anteriormente, se for levado em consideração à qualidade da água em termos
de concentração de microorganismos, pois ao passar pelo ponto de
vaporização a esterilização é imediata da água, no caso do GOR, faz-se
necessário à inserção de um equipamento de UV.
39
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http://www.jurere.com.br/sae/potabilidade.htm, acessado em 30/06/2011.
44
ANEXOS
Anexo I: Figuras:
Figura 01: Esquema de destilação da água do mar.
Fonte: www.labvirtual.eq.uc.pt, acessado em 2011.
Figura nº 2: Esquema de destilação com auxílio de edutor.
Fonte: Brasil, 1992.
45
Figura nº 03: Figura que apresenta esquema de osmoses.
Fonte: Brasil, 1990.
46
Anexo II: Tabelas.
Tabela nº 1: SALINIDADE DA ÁGUA OCEÂNICA NA COSTA BRASILEIRA
(Salinidade em partes por mil (g/litro):
Máxima
Mínima
Litoral Norte
36
34
Litoral Nordeste
36
35
Litoral Leste
37
36
Litoral Sul
37
34
Fonte: DHN, 2011.
Tabela nº 2: Padão de Potabilidade
Parâmetro
Unidade
VMP
Alumínio
mg/L
0,2
Amônia (como NH3)
mg/L
1,5
Cloreto
mg/L
250
Cor aparente
uH
15
Dureza
mg/L
500
Etilbenzeno
mg/L
0,2
Ferro
mg/L
0,3
Manganês
mg/L
0,1
Monoclorobenzeno
mg/L
0,12
Odor
-
Não objetável
Gosto
-
Não objetável
Sódio
mg/L
200
Sólidos dissolvidos totais
mg/L
1000
Sulfato
mg/L
250
Sulfeto de hidrogênio
mg/L
0,05
Surfactantes
mg/L
0,5
Tolueno
mg/L
0,17
Turbidez
UT(4)
5
Zinco
mg/L
5
Xileno
mg/L
0,3
Fonte: http://www.jurere.com.br/sae/potabilidade.htm, 2011.
47
Notas: VMP - Valor Máximo Permitido
Tabela 3: Padrão microbiológico de potabilidade da água para consumo humano
Parâmetro
VMP
Água para consumo humano
Escherichia coli ou coliformes termotolerantes
Ausência em 100ml
Água na saída do tratamento
Coliformes totais
Ausência em 100ml
Água tratada no sistema de distribuição (reservatórios e rede)
Escherichia coli ou coliformes termotolerantes
Ausência em 100ml
Coliformes totais
Sistemas que analisam
40 ou mais amostras por
mês:
Ausência em 100ml em
95% das amostras
examinadas no mês
Sistemas que analisam
menos de 40 amostras
por mês:
Apenas uma amostra
poderá apresentar
mensalmente resultado
positivo em 100ml
Fonte: http://www.jurere.com.br/sae/potabilidade.htm, 2011.
Notas: VMP - Valor Máximo Permitido
48
ÍNDICE
Agradecimentos
Dedicatória
Resumo
Metodologia
Sumário
03
04
05
06
07
INTRODUÇÃO
08
CAPÍTULO I: Utilização das águas a bordo
11
CAPÍTULO II: O processo a dessalinização da água do mar
16
2.1- Processos de Dessalinização Utilizados em Navios: 23
CAPÍTULO III:
Grupos Destilatórios e Osmose Reversa: vantagens
e restrições
30
CONCLUSÃO
38
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
39
ANEXOS
44
ÍNDICE DE FIGURAS/TABELAS
49
LISTA DE SIGLAS
50
49
ÍNDICE DE FIGURAS/TABELAS
Anexo I: Figuras
Figura nº 01: Esquema de destilação da água do mar.
44
Figura nº 02: Esquema de destilação com auxílio de edutor.
44
Figura nº 03: Figura que apresenta esquema de osmoses.
45
Anexo II: Tabelas
Tabela nº 1: Salinidade da água oceânica na costa brasileira.
46
Tabela nº 2: Padrão de potabilidade.
46
Tabela nº 3: Padrão microbiológico de potabilidade da água para consumo
humano.
47
50
LISTA DE SIGLAS
CH2O
Formaldeído
CNTP
Condições
Normais
de
Temperatura
Pressão
DHN
Diretoria de Hidrografia e Navegação
GD
Grupo Destilatório
GOR
Grupo de Osmose Reversa
H3PO4
Ácido Fosfórico
MARPOL
Marine Pollution
mg/L
miligrama litro
Micronho/cm
Medida de Condutividade Elétrica
NaCl
Cloreto de Sódio
Na2S2O5
Meta bi-sulfito de Sódio
Na3PO4
Trifosfato de Sódio
NaOH
Hidróxido de Sódio
NaSO4
Sulfato de Sódio
OMS
Organização Mundial de Saúde
RS
Rio Grande do Sul
SAO
Separador de Água e Óleo
SO2
Dióxido de Enxofre
TDS
Total de Sólidos Dissolvidos
UV
Ultra Violeta
e