1 DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA:EQE-489 – Engenharia de Processos Prof. Carlos A. G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais Reinaldo C. Mirre 2016 / 2 28/11/2016

2 Apresentar o procedimento algorítmico-heurísticoObjetivo Apresentar o procedimento algorítmico-heurístico Diagrama de Fontes de Água (DFA), voltado para a identificação de oportunidades de reúso de águas e efluentes industriais. Integração de Processos Químicos Reúso de água na indústria Diagrama de Fontes de Água (DFA): Ferramenta para síntese de redes de águas com máximo aproveitamento nos processos Sistemas com um contaminante Softwares para reúso / reciclo de água de processos na indústria Aplicação industrial Considerações Finais 2

3 Engenharia de ProcessosPROCESSO QUÍMICO - Produtos finais, principais e secundários INSUMOS: - Matérias-primas - Materiais auxiliares - Água - Ar - Energia - Resíduos (líquidos, sólidos e gasosos) - Energia, radiações, vibrações - Produto fora de especificação Reação Reação Separação Separação Integração Integração Integração Controle Controle Subsistemas totalmente integrados => PROCESSO ● Reação: modificação do conjunto de espécies, de modo a gerar o produto principal. ● Separação: ajuste de composição das correntes, separando o produto dos subprodutos e do excesso de reagentes. ● Integração: movimentação de matéria e ajustes de temperatura das correntes. ● Controle: operação segura e estável do processo. 3

4 Água DISTRIBUIÇÃO DAS RESERVAS DE ÁGUA NO PLANETA(MAYS, 1996, apud MIERZWA e HESPANHOL, 2005) Oceanos: 96,50% Água salobra: 0,97% Água doce: 2,53% Escassez de reservas !! Água de superfície: 0,29% Água subterrânea: 31,01% Geleiras e coberturas permanentes de neve: 68,70% Volume total de água: km3

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

6 (Comitês de Bacias Hidrográficas)Água na Indústria  Aumento do custo da água primária  Regulamentação mais rigorosa para descarte de efluentes Taxas pelo uso da água de rios e pelo descarte de efluentes (Comitês de Bacias Hidrográficas) Necessidade de redução do consumo de água e da geração de efluentes

7 CONSUMO DE ÁGUA NA INDÚSTRIAProcessos e Atividades Afins (%) Resfriamento e Refrigeração (%) Produtos Químicos Orgânicos 10 87 Produtos Químicos Inorgânicos 16 81 Refinarias de Petróleo 52 43 Ferro e Aço 50 45 Automobilística 69 28 Papel e Polpa de Celulose 80 18 Pneus Cimento 17 82 Slide Prof. Cesar Pereira (UERJ)

8 Como resolver o problema de distribuição e acesso à água potável?Algumas alternativas: Reúso de água Dessalinização de água do mar por osmose inversa Meio industrial: processos hídricos Meio urbano: edificações Meio rural: irrigação Reúso de água de esgoto Reaproveitamento de água de chuva 8

9 CONSUMO DE ÁGUA NA INDÚSTRIAOs sistemas de utilidades respondem, em média, por mais de 50% do consumo de água nas indústrias A maior parte do consumo de água industrial é destinada à reposição das torres de resfriamento e caldeiras Torres de resfriamento e caldeiras são sistemas geradores de vapor (respectivamente, por evaporação e por ebulição) e concentradores de água  A redução de consumo de água de reposição nas torres de resfriamento e caldeiras está diretamente relacionada ao balanço material a ser estabelecido nesses sistemas Slide Prof. Cesar Pereira (UERJ)

10 Priorização das Ações de Conservação da ÁguaFonte: Weber et al. (2010), adaptado de Wan Alwi et al. (2008) WEBER, C.C., CYBIS, L.F., BEAL, L.L., Conservação da água aplicada a uma indústria de papelão ondulado, Engenharia Sanitária e Ambiental, v.15, n.3, jul/set 2010, Fim de Tubo Prevenir na Fonte! 10

11 http://economia. ig. com

12 http://www1. folha. uol. com

13 Contexto Disponibilidade hídrica para abastecimento público => prioridade Cenário atual => favorável à adoção de medidas de racionalização do consumo hídrico no ambiente industrial A Engenharia de Processos, em particular a Integração de Processos Químicos, pode contribuir com métodos sistemáticos voltados para o gerenciamento adequado de recursos hídricos, implantando soluções como o reúso de águas nos processos industriais Literatura: grande número de trabalhos sobre métodos de Integração de Processos => foco: redução do consumo de água e da geração de efluentes industriais (procedimentos algorítmicos, programação matemática, métodos híbridos) => INTEGRAÇÃO MÁSSICA

14 Integração de Processosdesde processos individuais uso eficiente de energia para o projeto de sistemas de produção integrados, A Integração de Processos envolve métodos gerais e sistemáticos com ênfase especial no e na redução de efeitos ao meio ambiente. até complexos industriais,

15 Benefícios da Integração de ProcessosAuxilia as indústrias em 4 aspectos inter-relacionados… 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 IP: R$ 30 mil a R$ mil 15

16 Quem pode se beneficiar com a IP?Empresas que: Usam grandes quantidades de energia (petróleo, gás, carvão) => Alto Custo de Energia Possuem uma rede complexa de água e energia Possuem gargalo nos sistemas de tratamento e de utilidades Possuem um alto custo de tratamento de efluentes

17 Bons candidatos… Polpa & Papel Petróleo & Gás Petroquímicos QuímicosAço & Metalúrgicas Alimentos & Bebidas

18 Principais Avanços na IPIntegração de Processos Anos 70 Métodos Termodinâmicos (Pinch) Programação Matemática Anos 80 Combinação de métodos termodinâmicos e de programação matemática Anos 90

19 Avanços na Análise PinchAnos 70 - Síntese de Trocadores de Calor 1987 – Síntese de Trocadores de Calor para processos em batelada 1989 – Síntese de Rede Trocadora de Massa 1994 – Minimização de Água 2002 – Integração de propriedades 2004 – Supply Chain 2007 – Planejamento Energético

20 Síntese de Redes de Transferência de MassaGerar, de uma forma SISTEMÁTICA, a RETM com um mínimo custo, com o objetivo de transferir contaminantes de correntes ricas nestas espécies para correntes pobres El-Halwagi e Manousiouthakis (1989) Em particular, significa transferir contaminantes das correntes de processo para as de utilidades (água de processo)

21 Síntese de Redes de Transferência de MassaGerar, de uma forma SISTEMÁTICA, a RETM com um mínimo custo, com o objetivo de transferir contaminantes de correntes ricas nestas espécies para correntes pobres Torna-se menos contaminada! Gk Cproc,ik Cproc,fk Corrente de processo Trocador de massa Operação (k) Cfk Fk Cik Corrente de água Processo C P , IN Torna-se mais contaminada! f P Δmk = Gk x (Cproc,ik - Cproc,fk ) = Fk x (Cfk - Cik) C P , OUT C A, OUT Concentração (CP – CA), em uma dada carga mássica (pontual), é a força motriz de transferência de massa f A Água C A, IN Carga mássica O objetivo é minimizar esta força motriz, tal como o ∆Tmin na integração energética.

22 Síntese de Redes de Transferência de MassaGerar, de uma forma SISTEMÁTICA, a RETM com um mínimo custo, com o objetivo de transferir contaminantes de correntes ricas nestas espécies para correntes pobres A água de processo pode ser originada na própria planta ou fornecida por uma fonte externa, como água pura

23 Mas neste caso precisamos encontrar os pares de correntes e a sequência de equipamentos de transferência de massa, ou seja, temos um problema combinatorial. E, assim, a minimização de água de processo e efluentes aquosos é um problema típico da Engenharia de Processos. E então necessita de um procedimento sistemático para a síntese da rede de equipamentos de transferência de massa.

24 Regeneração com RecicloReúso Wang e Smith (1994) 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

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

26 Base de Cálculo m = F * CMassa de contaminantes transferida para o efluente aquoso = (vazão de água) * (variação de concentração) m = F * C Unidades: g / h = ton / h * ppm NOTA A concentração toma como base a vazão de água, e não a vazão da mistura C = m / F C = m / (Fm + F) NÃO

27 FLUXOGRAMA DO PROCESSO27

28 Identificar os processos que utilizam águaE estabelecer o BALANÇO HÍDRICO ÁGUA PRIMÁRIA EFLUENTE EFLUENTE 28

29 Processo Original 20 t/h 20 t/h 100 ppm 62,5 t/h 62,5 t/h Água tratadaOPERAÇÃO 1 100 ppm 62,5 t/h 62,5 t/h Água tratada OPERAÇÃO 2 Efluente aquoso 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

30 Processo Original Quantidade de massa transferidaΔm = 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 Água tratada Efluente aquoso 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

31 AGORA PERMITA QUE A CONCENTRAÇÃO DE SAÍDA ATINJA O MÁXIMONovas 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

32 Novas Concentrações de SaídaNovas 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

33 CONCENTRAÇÃO DE SAÍDA MÁXIMAMínima 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

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

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

36 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

37 CIN,MAX COUT,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

38 Não conheço esse tal de DFA !!!NOVAS CONCENTRAÇÕES DE ENTRADA Qual a nova vazão de água tratada correspondente? Não conheço esse tal de DFA !!! USO DO DFA

39 NOVAS CONCENTRAÇÕES DE ENTRADAQual a nova vazão de água tratada correspondente? É uma ferramenta que tem grande utilidade para o Engenheiro de Processos na indústria

40 Ferramenta para Reúso de Água na IndústriaProcedimento para Redução de Vazão de Efluentes Aquosos (Aplicação para a condição de máximo reúso e sistemas com um componente) Vamos ver como podemos aplicar as etapas do DFA. Diagrama de Fontes de Água (DFA) (GOMES, 2002; GOMES et al., 2007)

41 Ferramenta para Reúso de Água na IndústriaProcedimento para Redução de Vazão de Efluentes Aquosos (Aplicação para a condição de máximo reúso e sistemas com um componente)

42 O DFA é uma ferramenta de otimização e análise do sistema hídrico que utiliza dados de caracterização química (quantificação de componentes e parâmetros) e vazão das correntes de água utilizadas em um processo industrial. Permite considerar restrições de processo e de materiais, de forma a gerar cenários de reúso de água, caracterizados por diagramas de fontes e fluxogramas de processos hídricos, que recombinam as correntes, de modo que determinada qualidade de água utilizada em um processo retorne ao sistema como insumo para outro. Com isso, reduz-se a necessidade de captação de água para a atividade industrial, influenciando diretamente na redução do custo de tratamento da água.

43 Procedimento para Redução de Vazão de Efluentes AquososDiagrama de Fontes de Água (DFA) (GOMES, 2002; GOMES et al., 2007) Sistemas com um componente Máximo Reúso O DFA, Diagrama de Fontes de Água, é um procedimento algorítmico-heurístico voltado para identificação de oportunidades de realinhamento de correntes hídricas para máximo reúso

44 Procedimento para Redução de Vazão de Efluentes AquososDiagrama de Fontes de Água (DFA) (GOMES, 2002; GOMES et al., 2007) Sistemas com um componente Máximo Reúso Utiliza conceitos de Tecnologia Pinch (Water Pinch) para definição do ponto de consumo mínimo de água limpa

45 Procedimento para Redução de Vazão de Efluentes AquososDiagrama de Fontes de Água (DFA) (GOMES, 2002; GOMES et al., 2007) Sistemas com um componente Máximo Reúso O objetivo é alcançar o mínimo consumo de água e a mínima geração de efluentes, considerando as combinações possíveis entre as correntes

46 Diagrama de Fontes de Água – DFA Tabela de OportunidadesOriginal Reúso DFA 130,5 t/h (0 ppm) 90 t/h (0 ppm)

47 CIN e COUT  Melhor que sejam os máximosDFA – Máximo Reúso 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

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

49 DFA – Máximo Reúso Concentração (ppm) Fontes internas Fonte externa 5050 100 400 800 i = 1 i = 2 i = 3 i = 4

50 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

51 DFA – Máximo Reúso Concentração (ppm) Fontes internas Fonte externaVazão limite (t/h) 50 100 400 800 20 1 2 100 3 40 10 4 i = 1 i = 2 i = 3 i = 4

52 Intervalos de concentração: LimitesDFA – 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)

53 DFA – Máximo Reúso Concentração (ppm) Fontes internas Fonte externaVazão limite (t/h) 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

54 DFA – Máximo Reúso Concentração (ppm) Fontes internas Fonte externaVazão limite (t/h) 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

55 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

56 Regras para alocação (vazão) das fontes de águaDFA – Máximo Reúso Passo 4 Regras para alocação (vazão) das fontes de água  Regra 1: prioridade de uso de uma fonte interna para o intervalo seguinte da mesma operação Evita dividir operação! Fonte externa (0 ppm) Fontes internas  Regra 2: Uso de fontes externas quando não houver fonte interna disponível 1 1 Fontes internas => máximo aproveitamento 2 2  Regra 3: Priorizar o uso da fonte de água com maior concentração 3 3 4 4 i = 1 i = 2 i = 3 i = 4

57 Regras para alocação (vazão) das fontes de águaDFA – Máximo Reúso Passo 4 Regras para alocação (vazão) das fontes de água  Regra 1: prioridade de uso de uma fonte interna para o intervalo seguinte da mesma operação  Regra 2: Uso de fontes externas quando não houver fonte interna disponível (1) (1) 1 (5) 2  Regra 3: Priorizar o uso da fonte de água com maior concentração (2) (12) (16) 3  Regra 4: Assimilar a quantidade de massa a ser transferida com a fonte utilizada na operação, para cada intervalo (m do respectivo intervalo) (4) 4 Δm = fL . (Cout – Cin)

58 Regras para alocação (vazão) das fontes de águaDFA – Máximo Reúso Passo 4 Regras para alocação (vazão) das fontes de água Se a vazão alocada não for suficiente para assimilar a carga mássica de transferência do contaminante, ou seja, não se atingiu completamente o valor total necessário (definido entre parênteses), então deve-se calcular a carga mássica assimilada com esta vazão, calcular a diferença entre o total e o que já foi assimilado com esta vazão (obtendo o m remanescente) e, em seguida, buscar vazão de outra fonte (prioridade do reúso), calculada com base no m remanescente. (1) (1) 1 (5) 2 (2) (12) (16) 3 (4)  Regra 4: Assimilar a quantidade de massa a ser transferida com a fonte utilizada na operação, para cada intervalo (m do respectivo intervalo) 4 Δm = fL . (Cout – Cin)

59 Por exemplo, analisando a operação 3, no intervalo 3:Com 20 t/h desta operação vindos do intervalo anterior Δm = 20 . (400 – 100) = g/h 100 400 Ou seja, 20 t/h só conseguem assimilar g/h 20 Mas devem ser assimilados ( g/h) ! 50 Então aloca-se esta vazão (20 t/h), que irá assimilar g/h, e calcula-se o quanto ainda falta a ser assimilado (Δm remanescente). Neste caso: ( – 6.000) g/h = g/h 20 20 (12) 40 20 Com o Δm restante, calcula-se a vazão adicional para sua assimilação, considerando a fonte de onde se buscará esta vazão. Neste caso, a 100 ppm (prioridade do reúso). i = 3 Assim, a vazão adicional será de 20 t/h, provenientes da operação 1 (ou operação 2), e que será somada à vazão da operação 3 (reúso), totalizando 40 t/h f = Δm / (Cout – Cin)

60 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:

61 iniciando a aplicação do DFA por intervalo de concentraçõesEntão, iniciando a aplicação do DFA por intervalo de concentrações

62 Obtida com base no Δm restante, após assimilação parcial com 20 t/hΔm = 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 Obtida com base no Δm restante, após assimilação parcial com 20 t/h 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

63 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

64 Concentração (ppm) Fontes internas Fonte externa Vazão limite (t/h) 5050 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

65 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??

66 Outra possibilidade de seleção da fonte de reúsoΔm = 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

67 Outra possibilidade de fluxograma24,3 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

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

69 Muito interessante...

70 DFA - Revisão Fluxograma de processosIdentificar operações que usam água Fluxograma de processos hídricos Balanço Hídrico: dados de vazão de água e concentração de contaminantes (entrada e saída de cada operação) Tabela de oportunidades Passo a passo do DFA ► Ordem crescente de concentrações ► Criação de intervalos ► Representação de operações, incluindo vazões e limites de concentrações ► Cálculo de carga mássica (∆m) de contaminantes a ser assimilada em cada intervalo, e para cada operação ► Δm = fL . (Cout – Cin) ► Alocar vazão por intervalo de operação, considerando a carga mássica fixa, e de acordo com as fontes de água (internas e externas) disponíveis no intervalo observado f = Δm / (Cout – Cin) ► Caso a vazão disponível de uma fonte não seja suficiente para assimilar o ∆m da operação no intervalo, deve-se então utilizar água de qualidade mais limpa disponível (prioridade), em relação à concentração inicial da operação no intervalo em análise, de acordo com as fontes (internas e externas) disponíveis ► Sempre que possível, utilizar água de fonte de qualidade menos limpa disponível para alocar às operações subsequentes ► Elaborar o fluxograma da rede a partir do DFA

71 Tudo que precisar de mais de 12 passos para fazer não vale a pena.

72 Agora é com você!!!

73 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: 0 ppm 73

74 Diagrama de Fontes de Água – DFAMétodo para identificação de oportunidades de reúso de águas e efluentes industriais UM CONTAMINANTE Gomes et al. (2007) Máximo reúso Além de máximo reúso, o DFA considera outras possibilidades para aplicação Múltiplas fontes de água Restrição de vazão Perdas inerentes ao processo Regeneração com reúso Regeneração com reciclo Processos contínuos Processos em batelada MÚLTIPLOS CONTAMINANTES Gomes et al. (2013) 74

75 Pausa para relaxamento...... Na forca!

76 Descubra a palavra chave!5 tentativas !!! Acertou!!! Errou!!!

77 Descubra a palavra chave!F O R Ç A M O T R I Z

78 Descubra a palavra chave!F O R Ç A M O T R I Z

79

80 Procedimento para Redução da Vazão de Efluentes AquososDiagrama de Fontes de Água (DFA) Múltiplas Fontes de Água

81 Então devemos minimizar uso de água de maior qualidadeNormalmente existem DIFERENTES FONTES de água de processo com diferentes QUALIDADES que podem ser usadas em várias operações Geralmente Qualidade Valor econômico Então devemos minimizar uso de água de maior qualidade

82 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 tenhamos duas fontes de água: FONTE DE ÁGUA I: 0 ppm FONTE DE ÁGUA II: 25 ppm

83 25 50 100 400 800 20 (0,5) 20 (0,5) 20 (1) 20 1 66,7 66,7 (5) 2 100 26,7 26,7 (2) 26,7 (12) 40 (16) 3 40 13,3 5,7 5,7 (4) 10 4 i = 1 i = 2 i = 3 i = 4 i = 5

84 1 2 D 4 D M 3 20 t/h 20 t/h 0 ppm 100 ppm 47,7 t/h 100 ppm 66,7 t/h

85 Agora é com você!!!

86 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 FONTE DE ÁGUA II: 25 ppm