EQE-489 – Engenharia de Processos INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro Colaborador: Flávio S Francisco TPQBq/EQ/UFRJ flaviosfrancisco@eq.ufrj.br 2014 / 1 10/03/2014

Integração de Processos (IP) Diagrama de Fontes de Água (DFA): Uma ferramenta para gestão do reúso de águas na indústria Procedimento para sistemas com um contaminante Procedimento para sistemas com múltiplos contaminantes Redes de Transferência de Massa

O Recurso Água

Água: princípio ativo da sustentabilidade ambiental

DISTRIBUIÇÃO DAS RESERVAS DE ÁGUA NO PLANETA (Mays, 1996, apud Mierzwa e Hespanhol, 2005) Volume total de água: 1.385.984.000 km3 Oceanos – 96,50% Água salobra – 0,97% Água doce – 2,53%

Conservação e uso racional DISTRIBUIÇÃO DAS RESERVAS DE ÁGUA NO PLANETA (Mays, 1996, apud Mierzwa e Hespanhol, 2005) Volume total de água: 1.385.984.000 km3 Oceanos – 96,50% Água salobra – 0,97% Água doce – 2,53% Escassez de reservas Conservação e uso racional

DISTRIBUIÇÃO DO CONSUMO DE ÁGUA POR ATIVIDADE (ANA, 2002) Consumo humano 17,90% Irrigação 62,70% Uso industrial 14% Consumo animal 5,40% DISTRIBUIÇÃO DO CONSUMO DE ÁGUA POR ATIVIDADE (ANA, 2002)

Água na Indústria Matéria-prima Uso para geração de energia Transporte e assimilação de contaminantes Uso como fluido auxiliar Uso como fluido de aquecimento e/ou resfriamento DISTRIBUIÇÃO DO CONSUMO DE ÁGUA POR ATIVIDADE (ANA, 2002)

Brasil: um país irrigado 68% da matriz energética brasileira vem da água dos rios que são barrados em usinas hidrelétricas 16% de toda a água enviada ao mar pelos rios do planeta sai da bacia Amazônica 11% de toda a água doce da Terra está no Brasil 6 milhões de km² (quase o tamanho da Austrália) é a área da bacia Amazônica, que cobre sete países 90% do território brasileiro recebe em média entre 1.000 e 3.000 mm de chuvas por ano 34 milhões de litros de água po ano: é o que cada brasileiro teria à sua disposição, considerando-se toda a reserva de rios, lagos e aquíferos do país 132 litros de água é o volume diário médio consumido pelo brasileiro Fonte: NATIONAL GEOGRAPHIC BRASIL, Abril 2011

E mais... Maior rio Maior Cachoeira Maior planície inundável Amazonas (AM) 6.675 km Aracá (AM) Maior Cachoeira 365 m Maior planície inundável Pantanal 210 mil km² (MT / MS) Maior lagoa Patos (RS) 10.144 km²

No entanto... Mais de 68% da água doce disponível no país encontra-se na Região Norte, habitada por menos de 7% da população ¹ Somente 32% dos recursos hídricos estão disponíveis para 93% da população ¹ 35 milhões de brasileiros vivem sem coleta de esgoto ² 10% da população brasileira, ou 19 milhões de pessoas, não tem acesso à água tratada ² Fontes: (1) http://www.maenatureza.org.br/ (2) NATIONAL GEOGRAPHIC BRASIL, Abril 2011

Além disso... O desperdício de água no Brasil chega a 40%, segundo a Agência Nacional de Águas (ANA), bem acima do padrão aceito internacionalmente, em torno de 20% Irrigação Redes mal conservadas para a distribuição de água nas cidades

No passado... Água considerada um recurso ilimitado e uma commodity de baixo custo Mas agora... PROCESSO Água Primária Efluente Regulamentação mais Rigorosa Aumento do Custo Taxas pelo uso da água de rios e pelo descarte de efluentes (Comitês de Bacias Hidrográficas) Necessidade atual de redução do consumo de água e da geração de efluentes

Redução da vazão de água Custo da água do processo Custo do tratamento de efluente Custo de bombeamento Custo de tubulação Quantidade de contaminante MAIOR INCENTIVO PARA A MINIMIZAÇÃO

Engenharia de Processos VISÃO GERAL “Conjunto de atividades que incluem a concepção, o dimensionamento e a avaliação de desempenho do processo para obtenção do produto desejado” (GIPQ / EQ / UFRJ)

OTIMIZAÇÃO DE PROCESSOS SÍNTESE DE PROCESSOS ANÁLISE DE PROCESSOS OTIMIZAÇÃO DE PROCESSOS AVALIAÇÃO ECONÔMICA 16

Integração de Processos (IP) Métodos gerais e sistemáticos para o projeto de sistemas de produção integrados, desde processos individuais até complexos industriais, com ênfase especial no uso eficiente de energia e na redução de efeitos ao meio ambiente.

Integração de Processos (IP) Uma forma sistemática para identificar e corrigir ineficiências em processos Analisa o processo global e as interações entre suas diferentes etapas no lugar de considerar operações individuais Leva em conta as restrições econômicas antes do projeto detalhado Fornece uma análise avançada com software Complementa as auditorias energéticas convencionais 18

Integração de Processos e Prevenção da Poluição Síntese de Processos Readaptação “Retrofit” INTEGRAÇÃO MÁSSICA INTEGRAÇÃO ENERGÉTICA INTEGRAÇÃO MÁSSICA E ENERGÉTICA Minimização do uso de água Otimização no uso de hidrogênio Abordagem termodinâmica Abordagem heurística Abordagem por programação matemática ADAPTADO DE TECLIM / UFBA (2003)

Principais Etapas para um Estudo de IP 1. Obter compromisso com a gerência da planta 2. Criar uma equipe de projeto, incluindo um especialista em IP, pessoal da planta e especialista em processo 3. Obter os balanços de massa e energia 4. Aplicar metodologias de IP com software específico: Potencial para máximas economias Opções de projeto levam em conta todas as restrições do processo 5. Estudo prévio de Viabilidade Técnico-econômica 6. Seleção de projetos alinhados com as fontes da empresa e um tempo de retorno aceitável e o desenvolvimento de um plano de investimentos

Benefícios da IP Reduzir consumo de energia e emissões de gases Auxilia as indústrias em 4 aspectos interrelacionados… Reduzir consumo de energia e emissões de gases Reduzir consumo de água e geração de efluentes Reduzir perdas de matéria-prima Aumentar a lucratividade Tempo de retorno : 6 meses a 3 anos Potencial de economia: 10 a 40% Custo de estudo de um IP: R$ 30 mil a R$ 1.000 mil 21

Quem pode se beneficiar com a IP? Integração de Processos pode ser usada por empresas que: Usam grandes quantidades de energia (petróleo, gás, carvão) Alto Custo de Energia Tem uma rede complexa de água e energia Tem gargalo nos sistemas de tratamento e utilidades Tem um alto custo de tratamento de efluentes Polpa & Papel, Petróleo & Gás, Petroquímicos, Químicos, Aço & Metalúrgicas, Alimentos e bebidas são bons candidatos

Metas da IP Minimizar Maximizar Custo de Investimento Custo de Energia Utilização da matéria-prima Operabilidade (Flexibilidade, Controlabilidade) Segurança Emissões

INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS MINIMIZAÇÃO DO CONSUMO DE ÁGUA e da GERAÇÃO DE EFLUENTES

Integração de Processos Preocupação atual com o uso racional dos recursos hídricos Processos industriais necessitam rever o padrão de consumo hídrico Promover o equilíbrio entre consumo hídrico e produção industrial Ausência de uma metodologia que proponha um mecanismo eficiente de reutilização de água na indústria Integração de Processos Reúso por inspeção – não garante o máximo aproveitamento do potencial hídrico no processo (máximo reúso) Diagrama de Fontes de Água (DFA – GOMES et al., 2007 & 2013) Procedimento algorítmico-heurístico – geração simultânea de fluxogramas alternativos de processo – Reúso, Regeneração e Reciclo de correntes aquosas

Redução do Consumo de Água e da Vazão de Efluentes Aquosos Gerados Objetivos 1. Reduzir o volume de água 2. Reduzir o volume do efluente 3. Reduzir a quantidade de contaminantes do efluente Sem fazer mudanças fundamentais no processo!

Redução da vazão de água Custo da água do processo Custo do tratamento de efluente Custo de bombeamento Custo de tubulação Quantidade de contaminante MAIOR INCENTIVO PARA A MINIMIZAÇÃO

Regeneração com Reciclo Reúso OPERAÇÃO 1 OPERAÇÃO 2 OPERAÇÃO 3 ÁGUA PRIMÁRIA REJEITO Regeneração com Reúso OPERAÇÃO 1 OPERAÇÃO 2 OPERAÇÃO 3 ÁGUA PRIMÁRIA REJEITO REGENERAÇÃO Regeneração com Reciclo OPERAÇÃO 1 OPERAÇÃO 2 OPERAÇÃO 3 ÁGUA PRIMÁRIA REJEITO REGENERAÇÃO

SÍNTESE DE REDES DE TRANSFERÊNCIA DE MASSA Integração mássica

SÍNTESE DE REDES DE TM GERAR, DE UMA FORMA SISTEMÁTICA, A RETM COM UM MÍNIMO CUSTO, COM O OBJETIVO DE TRANSFERIR CONTAMINANTES DE CORRENTES RICAS NESTAS ESPÉCIES PARA CORRENTES POBRES EM PARTICULAR, TRANSFERIR CONTAMINANTES DAS CORRENTES DE PROCESSO PARA UTILIDADES (ÁGUA DE PROCESSO => AP) AP PODE SER ORIGINADA NA PRÓPRIA PLANTA OU FORNECIDA DE FONTE EXTERNA, COMO ÁGUA PURA MINIMIZAÇÃO DE ÁGUA DE PROCESSO E EFLUENTES AQUOSOS É UM PROBLEMA TÍPICO DA ENGENHARIA DE PROCESSOS PROBLEMA COMBINATORIAL DE ENCONTRAR OS PARES DE CORRENTES E A SEQUÊNCIA DE EQUIPAMENTOS DE TM (ETM) Necessita de um PROCEDIMENTO SISTEMÁTICO para a SÍNTESE DA REDE DE ETM (RETM)

CORRENTE DO PROCESSO SE TORNA MENOS CONTAMINADA ÁGUA SE TORNA MAIS CONTAMINADA TROCADOR DE MASSA PROCESSO ÁGUA fp fA Cp,OUT Cp,IN CA,IN CA,OUT

TROCADOR DE MASSA PROCESSO ÁGUA fp fA Cp,OUT Cp,IN CA,IN CA,OUT Concentração Processo C P , IN (CP – CA), em uma dada carga mássica, é a força motriz de transferência de massa f P C P , OUT C A, OUT f A Água C A, IN Carga Mássica A força motriz é dada pela diferença entre a concentração do processo e a da água, para uma determinada carga mássica, ou seja, ela é pontual. O objetivo é minimizar esta força motriz, tal como o ∆Tmin, em analogia à integração energética.

REDUÇÃO DA VAZÃO DE ÁGUA Concentração Processo f C P OUT, MAX AUMENTO DA CONCENTRAÇÃO DE SAÍDA (menos água) REDUÇÃO DA f A VAZÃO DE ÁGUA Inclinação da reta → inverso da vazão Água Carga mássica Mínima vazão ou máxima concentração de saída

BASE DE CÁLCULO CÁLCULO DA MASSA DE CONTAMINANTES TRANSFERIDA PARA O EFLUENTE AQUOSO MASSA DE CONTAMINANTES TRANSFERIDA IGUAL À VAZÃO DA ÁGUA VEZES A VARIAÇÃO DE CONCENTRAÇÃO m = F * C UNIDADES: g / h = ton / h * ppm

A CONCENTRAÇÃO TOMA COMO BASE A VAZÃO DE ÁGUA E NÃO A VAZÃO DA MISTURA NOTA A CONCENTRAÇÃO TOMA COMO BASE A VAZÃO DE ÁGUA E NÃO A VAZÃO DA MISTURA * C = m / F * C = m / (Fm + F) NÃO

FLUXOGRAMA DO PROCESSO 36

IDENTIFICAR OS PROCESSOS QUE UTILIZAM ÁGUA E ESTABELECER O BALANÇO HÍDRICO ÁGUA PRIMÁRIA EFLUENTE EFLUENTE 37

Processo Original 20 t/h 20 t/h OPERAÇÃO 1 100 ppm 62,5 t/h 62,5 t/h Efluente aquoso Água tratada 80 ppm 130,5 t/h 130,5 t/h D M 0 ppm 40 t/h 40 t/h OPERAÇÃO 3 750 ppm 8 t/h 8 t/h OPERAÇÃO 4 500 ppm

Processo Original Quantidade de massa transferida Δm = fL . (Cout – Cin) 20 t/h 20 t/h OPERAÇÃO 1 ∆m = 2 kg/h 100 ppm 62,5 t/h 62,5 t/h OPERAÇÃO 2 ∆m = 5 kg/h Efluente aquoso Água tratada 80 ppm 130,5 t/h 130,5 t/h D M 0 ppm 40 t/h 40 t/h OPERAÇÃO 3 ∆m = 30 kg/h 750 ppm 8 t/h 8 t/h OPERAÇÃO 4 ∆m = 4 kg/h 500 ppm

AGORA PERMITA QUE A CONCENTRAÇÃO DE SAÍDA ATINJA O MÁXIMO Novas Concentrações de Saída Valores “Máximos” AGORA PERMITA QUE A CONCENTRAÇÃO DE SAÍDA ATINJA O MÁXIMO (100 ppm) OPERAÇÃO 1 ∆m = 2 kg/h 100 ppm (80 ppm) OPERAÇÃO 2 ∆m = 5 kg/h Efluente aquoso Água tratada 100 ppm D M (750 ppm) OPERAÇÃO 3 ∆m = 30 kg/h 800 ppm (500 ppm) OPERAÇÃO 4 ∆m = 4 kg/h 800 ppm

Novas Concentrações de Saída Novas Vazões - m SOLUÇÃO Δm = fL . (Cout – Cin) 20 t/h 20 t/h OPERAÇÃO 1 ∆m = 2 kg/h 100 ppm 50 t/h 50 t/h OPERAÇÃO 2 ∆m = 5 kg/h Efluente aquoso Água tratada 100 ppm 112,5 t/h 112,5 t/h D M 37,5 t/h 37,5 t/h OPERAÇÃO 3 ∆m = 30 kg/h 800 ppm 5 t/h 5 t/h OPERAÇÃO 4 ∆m = 4 kg/h 800 ppm

CONCENTRAÇÃO DE SAÍDA MÁXIMA Mínima força motriz de transferência de massa Mínima vazão requerida Limite de corrosão Limite de deposição Máxima concentração de entrada para tratamento da corrente Solubilidade máxima

Novas Concentrações de Saída Resumo Parcial Processo Consumo Água - 0 ppm (t/h) Original 130,5 Novas Concentrações de Saída 112,5 m constante

Novas Concentrações de Entrada Valores “Máximos” 0 ppm OPERAÇÃO 1 ∆m = 2 kg/h 100 ppm 50 ppm OPERAÇÃO 2 ∆m = 5 kg/h Efluente aquoso Água tratada 100 ppm M 50 ppm OPERAÇÃO 3 ∆m = 30 kg/h 800 ppm 400 ppm OPERAÇÃO 4 ∆m = 4 kg/h 800 ppm Possibilidade de Reúso

Resumo Processos que usam água podem ser representados em um gráfico de concentração versus QC As formas tradicionais para minimização de água, minimizando a vazão, são limitadas pelo máximo de concentração de saída

Δm = f . (COUT,MAX – CIN,MAX) Quando permitimos que a concentração de entrada em uma operação seja a máxima, isto significa que estamos permitindo um desejável reúso com água mais “suja”. 1 2 Δm = f . (COUT,MAX – CIN,MAX) Com CIN,MAX, ∆C ↓ e f ↑; porém, esta vazão corresponde à de água mais “suja” (CIN,MAX) para o reúso

USO DO DFA Qual a nova vazão de água tratada correspondente? NOVAS CONCENTRAÇÕES DE ENTRADA Qual a nova vazão de água tratada correspondente? USO DO DFA

Procedimento para Redução de Vazão de Efluentes Aquosos Diagrama de Fontes de Água (DFA) Sistemas Unicomponentes Máximo Reúso

Diagrama de Fontes de Água (DFA) Procedimento para Redução da Vazão de Efluentes Aquosos Diagrama de Fontes de Água (DFA) (GOMES, 2002; GOMES et al., 2007; GOMES et al., 2013) Procedimento algorítmico-heurístico voltado para identificação de oportunidades realinhamento de correntes hídricas para máximo reúso Conceitos da Tecnologia Pinch (WANG e SMITH, 1994) Além de máximo reúso, a análise pode considerar: Restrição de vazão Regeneração com reúso Perdas inerentes ao processo Regeneração com reciclo Múltiplas fontes de água UM CONTAMINANTE MÚLTIPLOS CONTAMINANTES Alcançar o consumo mínimo de água considerando todas as combinações possíveis entre correntes

CIN e COUT  Melhor que sejam os máximos Exemplo Tabela de Oportunidades Operação Massa de contaminante (kg/h) CIN (ppm) COUT (ppm) Vazão limite (t/h) 1 2 100 20 5 50 3 30 800 40 4 400 10 (Wang & Smith, 1994) CIN e COUT  Melhor que sejam os máximos

DFA – Máximo Reúso Passo 1 Intervalos de concentração: Limites C’ = C’(fea) U C’(fia) = C’ = {0, 50, 100, 400, 800}

Concentração (ppm) Fontes internas Fonte externa 50 100 400 800 i = 1 50 100 400 800 i = 1 i = 2 i = 3 i = 4

DFA – Máximo Reúso Passo 1 Intervalos de concentração: Limites C’ = C’(fea) U C’(fia) = C’ = {0, 50, 100, 400, 800} Passo 2 Identificar as operações no DFA: concentrações de entrada e saída

Concentração (ppm) Fontes internas Fonte externa Vazão limite (t/h) 50 50 100 400 800 20 1 2 100 3 40 10 4 i = 1 i = 2 i = 3 i = 4

Intervalos de concentração: Limites DFA – Máximo Reúso Passo 1 Intervalos de concentração: Limites C’ = C’(fea) U C’(fia) = C’ = {0, 50, 100, 400, 800} Passo 2 Identificar as operações no DFA: concentrações de entrada e saída Passo 3 Determinação da quantidade transferida por intervalo: m = flim C Cproc,ik Cproc,fk Corrente de processo Torna-se menos contaminada! Trocador de massa Operação (k) Cfk Cik Torna-se mais contaminada! Corrente de água Δmk = Gk x (Cproc,ik - Cproc,fk ) = Fk x (Cfk - Cik)

Concentração (ppm) Fontes internas Fonte externa Vazão limite (t/h) 50 50 100 400 800 (1) (1) 20 1 (5) 2 100 (2) (12) (16) 3 40 (4) 10 4 i = 1 i = 2 i = 3 i = 4

Concentração (ppm) Fontes internas Fonte externa Vazão limite (t/h) 50 50 100 400 800 (1) (1) 20 1 (5) 2 100 (2) (12) (16) 3 40 (4) 10 4 i = 1 i = 2 i = 3 i = 4

Intervalos de concentração: Limites DFA – Máximo Reúso Passo 1 Intervalos de concentração: Limites C’ = C’(fea) U C’(fia) = C’ = {0, 50, 100, 400, 800} Passo 2 Identificar as operações no DFA: concentrações de entrada e saída Passo 3 Determinação da quantidade transferida por intervalo: m = flim C Passo 4 Determinação do consumo de fontes de água: f = m/Cint  Regra 1: Uso de fontes externas quando não houver fonte interna disponível  Regra 2: Priorizar o uso da fonte de água com maior concentração  Regra 3: Para uma dada operação, a fonte utilizada em certo intervalo deve assimilar a quantidade de massa a ser transferida (m do respectivo intervalo)

As vazões requeridas pelas fontes de água p para a operação k, no intervalo de concentração i, podem ser determinadas pelas seguintes equações: FONTES EXTERNAS: FONTES INTERNAS: onde: Cij é a concentração na qual a fonte interna j é usada no intervalo i; Cep a concentração da fonte externa p, Cfi a concentração final do intervalo i, e Nfia,i é o número de fontes internas i disponíveis no intervalo i. Primeiramente, a fonte interna deve ser usada no intervalo, e os respectivos valores de fijki são calculados antes de fepki. O somatório nas equações acima representa a quantidade de contaminante removido pelas fontes internas, na operação k, no intervalo i, o qual tem preferência sobre as fontes externas. A vazão mínima da fonte externa a 0 ppm pode ser calculada pela seguinte equação:

Δm = fL . (Cout – Cin) f = Δm / (Cout – Cin) Concentração (ppm) Fontes internas Fonte externa Vazão limite (t/h) 50 100 400 800 20 (1) 20 (1) 20 1 50 50 (5) 2 100 20 20 (2) 20 (12) 40 (16) 3 40 20 5,7 5,7 (4) 10 4 i = 1 i = 2 i = 3 i = 4 Fontes disponíveis Ұ f t/h a 0 ppm 20 t/h a 50 ppm (OP1, i=1 → OP1, i=2) 40 t/h a 400 ppm (OP3, i=3 → OP3, i=4) 20 t/h a 100 ppm (OP1) Priorizar reúso de fonte mais “suja” nas OP’s 50 t/h a 100 ppm (OP2) Ұ f t/h a 0 ppm 50 t/h a 100 ppm (OP2) 20 t/h a 100 ppm (OP3, i=2 → OP3, i=3) Ұ f t/h a 0 ppm Ұ f t/h a 0 ppm

Δm = fL . (Cout – Cin) f = Δm / (Cout – Cin) Concentração (ppm) Fontes internas Fonte externa Vazão limite (t/h) 50 100 400 800 20 (1) 20 (1) 20 1 50 50 (5) 2 100 20 20 (2) 20 (12) 40 (16) 3 40 20 5,7 5,7 (4) 10 4 i = 1 i = 2 i = 3 i = 4

Concentração (ppm) Fontes internas Fonte externa Vazão limite (t/h) 50 50 100 400 800 20 (1) 20 (1) 20 1 50 50 (5) 2 100 20 20 (2) 20 (12) 40 (16) 3 40 20 5,7 5,7 (4) 10 4 i = 1 i = 2 i = 3 i = 4 90 90 Pinch 45,7 45,7

44,3 t/h 100 ppm 50 t/h 50 t/h 5,7 t/h 5,7 t/h D 2 4 0 ppm 100 ppm 100 ppm 800 ppm 90 t/h 20 t/h 40 t/h 40 t/h D M 3 0 ppm 0 ppm 50 ppm 800 ppm 20 t/h 20 t/h 1 0 ppm 100 ppm Legal, mas e se eu quisesse usar somente a Operação 2 como fonte de reúso? Poderia??

Outra possibilidade de seleção da fonte de reúso Δm = fL . (Cout – Cin) f = Δm / (Cout – Cin) Concentração (ppm) Fontes internas Fonte externa Vazão limite (t/h) 50 100 400 800 20 (1) 20 (1) 20 1 50 50 (5) 2 100 20 20 (2) 20 (12) 40 (16) 3 40 20 5,7 5,7 (4) 10 4 i = 1 i = 2 i = 3 i = 4 Outra possibilidade de seleção da fonte de reúso

Outra possibilidade de fluxograma 24,3 t/h 100 ppm 50 t/h 50 t/h 5,7 t/h 5,7 t/h D 2 4 0 ppm 100 ppm 100 ppm 800 ppm 20 t/h 100 ppm 90 t/h 20 t/h 40 t/h 40 t/h D M 3 0 ppm 0 ppm 50 ppm 800 ppm 20 t/h 20 t/h 1 0 ppm 100 ppm Outra possibilidade de fluxograma

Novas Concentrações de Saída Resumo Processo Consumo de Água - 0 ppm (t/h) Original 130,5 Novas Concentrações de Saída 112,5 Com Reúso 90 m constante

Informações Necessárias para Aplicação do DFA Fluxograma completo do processo Balanço Hídrico Caracterização dos contaminantes Vazões das fontes de abastecimento (externas e internas) Correntes de entrada e saída das operações (vazões x C) Especificações (conc’s máximas em cada operação)

Possibilidades de Aplicação do DFA UM CONTAMINANTE Máximo reúso Restrição de vazão Múltiplas fontes de água Perdas inerentes ao processo Regeneração com reúso Regeneração com reciclo MÚLTIPLOS CONTAMINANTES

Agora é com você!!!

Massa de contaminante (kg/h) Exemplo 2 Operação Massa de contaminante (kg/h) CIN (ppm) COUT (ppm) Vazão limite (t/h) 1 6 150 40 2 14 100 800 20 3 24 700 1000 80 FONTE DE ÁGUA I: 0 ppm

Procedimento para Minimização de Vazão de Efluentes Aquosos Diagrama de Fontes de Água (DFA) Restrição de Vazão

Muitos processos necessitam de uma vazão fixa de água Limpeza de vasos; Transporte hidráulico; Operações com mangueiras Alguns processos têm uma vazão fixa de água que é perdida e não pode ser reusada Make-up para torres de resfriamento; Água que sai com o produto

Massa de contaminante (kg/h) Voltando aos dados do Exemplo 1... Operação Massa de contaminante (kg/h) CIN (ppm) COUT (ppm) Vazão limite (t/h) 1 2 100 20 5 50 3 30 800 40 4 400 10 Vamos admitir agora que as vazões das operações 1, 2, 3 e 4 sejam fixas

50 100 400 800 20 (1) 20 (1) 20 1 50 50 (5) 2 100 50 20 20 (2) 20 (12) 40 (16) 3 40 20 5,7 5,7 (4) 10 4 4,3 i = 1 i = 2 i = 3 i = 4

D D M 2 D M 3 1 M D 4 44,3 t/h Reciclo local 100 ppm 50 t/h 100 t/h

Outra possibilidade de seleção da fonte de reúso 50 100 400 800 20 (1) 20 (1) 20 1 50 50 (5) 2 100 50 20 20 (2) 20 (12) 40 (16) 3 40 20 5,7 5,7 (4) 10 4 4,3 4,3 i = 1 i = 2 i = 3 i = 4 Pode-se reusar, além de 5,7 t/h, 4,3 t/h da operação 2, de modo a alcançar 10 t/h, dispensando o reciclo local Outra possibilidade de seleção da fonte de reúso

40 t/h Reciclo local 100 ppm 50 t/h 100 t/h 100 t/h 50 t/h D D M 2 0 ppm 50 ppm 100 ppm 100 ppm 50 t/h 100 ppm 90 t/h 20 t/h 40 t/h 40 t/h D M 3 0 ppm 0 ppm 50 ppm 800 ppm 10 t/h 20 t/h 20 t/h 1 100 ppm 0 ppm 100 ppm 10 t/h 10 t/h 4 100 ppm 500 ppm Para este problema, mesmo com as restrições de vazão, a meta continua sendo 90 t/h

Muito bom, chefe! Mas o que acontece se o reciclo local não for aceitável? Quer mesmo saber ?!! Por que não?

Meta e projeto obtidos por outros métodos 111,4 t/h 20 t/h 20 t/h 100 t/h 100 t/h 10 t/h D M 2 D 1 90 t/h 91,4 t/h 80 t/h 28,6 t/h D 4 11,4 t/h D M 10 t/h 40 t/h 61,4 t/h M 111,4 t/h 3 40 t/h Meta e projeto obtidos por outros métodos

Mas então o DFA não resolve tudo!!! Diacho!! Fui enganado!!! ha ha!!

DFA Ferramenta para o gerenciamento de recursos hídricos no ambiente industrial Cálculos de fácil execução (Praticidade!) Preserva o projeto existente Geração simultânea de fluxogramas alternativos para o processo Maximiza o reúso Considera outras restrições de processo Para cada situação, uma ferramenta diferente!

Exemplo 1 Reúso 90 t/h Reúso com restrição de vazão e reciclo local Reúso com restrição de vazão e sem reciclo local 111,4 t/h

Resumo Restrição de mínima vazão fixa pode ser obtida utilizando reciclo local O procedimento é facilmente modificado para incorporar restrição de vazão usando reciclo local Se o reciclo local não for aceitável, é necessário uma solução alternativa

Agora é com você!!!

Massa de contaminante (kg/h) Exemplo 2 Operação Massa de contaminante (kg/h) CIN (ppm) COUT (ppm) Vazão limite (t/h) 1 6 150 40 2 14 100 800 20 3 24 700 1000 80 Todas as vazões estão fixadas nos seus valores limites Projete uma rede que atinja a meta especificada satisfazendo as restrições de vazão usando reciclo local