A IMPORTÂNCIA DO TRATAMENTO DE ÁGUA DE RESFRIAMENTO NA USINA

A água é largamente utilizada em vários processos como agente de resfriamento. Além de sua abundância em nosso planeta, a água apresenta um calor específico relativamente elevado, tornando-a própria para as operações de resfriamento. Basicamente, os sistemas de resfriamento a água são classificados em três tipos:

1º- Sistema Aberto de Resfriamento

Também chamado de sistema de uma só passagem (“once-through”), é empregado quando existe uma disponibilidade de água suficientemente alta, com qualidade e temperatura satisfatórias para as necessidades do processo. A água é captada de sua fonte, circula pelo processo de resfriamento e é descartada ao final, com uma temperatura mais elevada. Neste tipo de sistema não há como proceder um tratamento químico conveniente da água, uma vez que volumes muito altos estão envolvidos. Além disso, este processo tem o inconveniente de gerar a chamada “poluição térmica”, que pode comprometer a qualidade do curso de água onde é despejada. Emprega-se este sistema em locais próximos a fontes abundantes e/ ou pouco onerosas de água, bem como em instalações móveis, tais como plataformas de petróleo, navios, submarinos, etc. Este não é recomendado para Usinas.

2º- Sistemas Semi-Abertos (ou Abertos de Recirculação)

Um sistema semi-aberto (“Open Recirculating System”) é utilizado quando existe uma demanda elevada e disponibilidade limitada de água, principalmente em locais onde a qualidade da mesma está comprometida. Após passar pelos equipamentos de troca térmica que devem ser resfriados, a água então aquecida circula através de uma instalação de resfriamento (torre, lagoa, “spray”, etc.) para reduzir sua temperatura e tornar-se própria para o reuso. Este sistema apresenta um custo inicial elevado, porém resolve o problema de eventual escassez de água, possibilita menor volume de captação e evita o transtorno da poluição térmica. Também pode ser submetido a um tratamento químico adequado, capaz de manter o sistema em condições operacionais satisfatórias e, com isto, podem-se reduzir os custos operacionais do processo. Alguns exemplos deste sistema são as diversas disposições de torres de resfriamento, condensadores evaporativos e “spray-ponds” (reservatórios onde a água quente é pulverizada e resfriada naturalmente pelo próprio ar que a circunda). Este é o sistema recomendado para Usinas.

3º- Sistemas Fechados (“Closed-Systems”)

Este arranjo geralmente é aplicado em processos nos quais a água deve ser mantida em temperaturas menores ou maiores do que as conseguidas pelos sistemas semi-abertos; também é empregado em instalações pequenas e móveis. Neste sistema, a água (ou outro meio) é resfriada em um trocador de calor e não entra em contato direto com os demais fluidos do processo (ar, gases, etc). Alguns exemplos que utilizam este sistema são: circuitos fechados para resfriamento de compressores, turbinas a gás, instalações de água gelada, radiadores de motores a combustão interna (automóveis, caminhões, tratores, máquinas estacionárias) e algumas instalações de ar condicionado e refrigeração. Este também não é recomendado para Usinas.

Existem muitos processos industriais que necessitam de remoção de calor utilizando a água como meio de resfriamento, dentre os quais podemos citar:

Operações siderúrgicas, metalúrgicas, fundições, usinagens, resfriamento de fornos, moldes, formas, etc.

Resfriamento de reatores químicos, bioquímicos e nucleares.

Condensação de vapores em operações de destilação e evaporadores, colunas barométricas, descargas de turbinas de instalações termelétricas e nucleares, etc.

Resfriamento de compressores e gases frigoríficos em circuitos de refrigeração (condensadores evaporativos), incluindo operações de ar condicionado e de frio alimentar.

Arrefecimento de mancais, peças, partes móveis, lubrificantes, rotores e inúmeras máquinas e equipamentos.

Resfriamento dos mais variados fluidos (líquidos e gases) em trocadores de calor, entre muitas outras aplicações.

Existem vários modelos e disposições diferentes de torres e sistemas de resfriamento de água, cada qual com suas aplicações mais usuais e respectivas vantagens e desvantagens. Vamos falar apenas de alguns mais utilizados em usinas.

Torre de resfriamento com tiragem induzida e fluxo contracorrente: Este tipo o ventilador fica instalado no topo e a entrada de ar é pela base. A água quente é distribuída no topo e sai mais fria na base. O ar escoa em contracorrente em relação à água. Suas vantagens são pouco retorno de ar úmido, maior eficiência termodinâmica, pois a água mais fria que sai na base entra em contato com o ar mais frio. Suas desvantagens são as partes móveis(pás do ventilador, motor e redutor) sujeitos à corrosão devido ao contato com o ar úmido e em local de difícil manutenção.

Torre de resfriamento com tiragem induzida e fluxo cruzado: Este tipo o ventilador fica instalado no topo e a entrada de ar por toda lateral. A água quente é distribuída no topo e sai mais fria na base. O fluxo de ar é cruzado em relação ao fluxo de água. Suas vantagens são pouca recirculação de ar úmido, maior área da seção reta para o escoamento do ar, maior espaço e estrutura para manutenção. Suas desvantagens são as partes móveis sujeitos à corrosão devido ao contato com o ar úmido e em local de difícil manutenção, decks superiores de distribuição e bacia podem ficar expostos à luz solar, maior área de contaminação.

Torre de resfriamento com tiragem forçada com fluxo contracorrente: Este tipo o ventilador fica instalado na base e a entrada de ar também é na base. A água quente entra pelo topo e sai com menor temperatura na base. O fluxo de ar é contracorrente em relação ao fluxo de água. Suas vantagens são o conjunto redutor, motor e ventilador são instalados em local de fácil manutenção e menos sujeitos a corrosão. Suas desvantagens são grande recirculação de ar úmido devido à baixa velocidade do ar na saída, por isso pode ter eficiência prejudicada. Este modelo é muito utilizado para resfriamento de vinhaça.

Sistema de resfriamento Spray pound: Este sistema é composto por uma piscina e vários tubos com bicos aspersores que recebe toda a água quente e distribui em forme de chuveiro, a água pulverizada entra em contato com o ar atmosférico e resfria sendo depositada na piscina. UM sistema de bombeamento retorna essa água para resfriar os equipamentos. Este sistema tem um menor custo de instalação que a torre de resfriamento, mas requer uma área maior e também sua eficiência em resfriamento é menor que da torre por ser um resfriamento natural e não forçado.

mecanismo de Transferência de Calor em um Sistema de Resfriamento de Água

O resfriamento da água em uma torre ou equipamento similar ocorre fundamentalmente através de dois processos:

Transferência de calor sensível (por convecção), devido ao contato com o ar a uma temperatura mais baixa. Normalmente, este fenômeno é responsável por cerca de apenas 20% do calor transferido.

Transferência de calor latente por evaporação de certa quantidade de água, devido à menor concentração desta no ar circundante (umidade); responsável por aproximadamente 80% da transferência global de calor da operação.

Pelo fato dos dois mecanismos de transferência serem fortemente dependentes da área de troca, os sistemas de resfriamento são projetados de modo a propiciar uma grande área superficial de contato da água com o ar, conseguida através de bicos para pulverização / distribuição e recheios (colméias) para otimizar o contato.

A temperatura mínima obtida num sistema de resfriamento a água pode até ser menor que a temperatura ambiente, dependendo da umidade relativa do ar e da eficiência do equipamento.

Com a evaporação da água no sistema de resfriamento, há a necessidade de reposição da mesma; além disso, a evaporação causa aumento na concentração de sais dissolvidos e, por isso, deve-se proceder com um regime adequado de descargas a fim de evitar uma concentração excessiva dos mesmos. Ao entrarem em contato com o fluxo de ar, pequenas gotículas de água são arrastadas pelo mesmo e também causam perda de água do sistema. Finalmente, existem outras perdas indeterminadas de líquido, tais como vazamentos, outros usos, etc.

Estudos mostram que cada 5,8ºC de resfriamento conseguido na água representa a evaporação de, aproximadamente, 1% da vazão de recirculação (estimativa genérica). Para o cálculo do arraste, deve-se levar em consideração o tipo de tiragem existente no sistema, mas fica em torno de 0,1 a 0,3% para tiragem forçada e tiragem induzida e 1,0 a 5,0 para os Spray pound.

Em virtude da água se concentrar em um sistema de resfriamento, é necessário que a água de reposição (também chamada de “make-up”) apresente uma boa qualidade, ou seja, possua baixas concentrações de sais e material orgânico, bem como baixos níveis de materiais suspensos e microrganismos.

Para torre de resfriamento da fábrica de açúcar deve ser utilizado reposição com água bruta.

Para torre de resfriamento da fermentação, destilaria, turbo geradores deve ser utilizado água tratada para reposição.

Finalidade do Tratamento da água de resfriamento

O tratamento da água de resfriamento pode ser feito com o emprego de diversas técnicas e métodos, sejam eles químicos, físicos ou uma combinação de ambos. A escolha do melhor método deve se basear na sua eficiência e, evidentemente, no seu custo fixo e operacional. Deve-se, também, levar em consideração os efeitos ambientais e respectiva legislação de controle.

Fundamentalmente, os objetivos do tratamento da água de resfriamento são:

• Evitar a formação de incrustações
• Minimizar os processos corrosivos
• Controlar o desenvolvimento microbiológico

Muitas vezes, a solução completa ou eliminação destes problemas torna-se tecnicamente difícil ou inviável do ponto de vista financeiro. Assim, o tratamento pode ter por objetivo minimizar as consequências do problema, possibilitando a convivência com o mesmo e otimizando a relação custo/ benefício do processo.

A água encontrada na natureza nunca é pura, apresentando uma vasta gama de substâncias dissolvidas. Muitas destas substâncias são sais, óxidos e hidróxidos e apresentam solubilidades diferentes, sendo influenciadas basicamente pela temperatura, concentração e pH. Com a evaporação da água em um sistema de resfriamento, há um aumento na concentração das substâncias dissolvidas que, muitas vezes, podem se precipitar de forma aderente nas superfícies dos equipamentos (principalmente nas regiões de troca térmica), constituindo as incrustações. Outras substâncias também podem se incrustar indesejavelmente nesses sistemas, tais como: material orgânico (óleos, graxas, resíduos), lodo e acúmulo de material microbiológico, produtos de corrosão, sólidos em suspensão (argila, etc.), bem como produtos insolúveis originados de reações químicas na água (incluindo excesso de produtos para condicionamento químico).

As principais consequências da presença de incrustações em circuitos de resfriamento são:

• Diminuição das taxas de troca de calor nos trocadores, devido à baixa condutividade térmica das incrustações.
• Obstrução e até destruição do enchimento (colméias) de torres de resfriamento.
• Obstrução (parcial ou total) de tubulações e acessórios, restringindo a área de fluxo e, consequentemente, limitando a vazão.
• Entupimento de bicos e dispositivos distribuidores de água nas torres de resfriamento, promovendo a ocorrência de canais preferenciais de escoamento e diminuindo a eficiência do equipamento.
• Aumento dos processos corrosivos que ocorrem sob os depósitos (áreas sujeitas a diferenciais de aeração).
• Danos e avarias em sensores e aparelhagem de instrumentação e controle.
• Aumento no consumo de energia elétrica, diminuição da eficiência do processo, entre outras.

Os principais responsáveis pela formação de incrustações inorgânicas em sistemas de resfriamento são:

• Sais de cálcio e magnésio (dureza), principalmente o carbonato de cálcio (CaCO3) e o sulfato de cálcio (CaSO4). Dependendo do controle do tratamento, fosfato de cálcio (Ca3(PO4)2) pode também se formar. A ocorrência de hidróxido de magnésio também é comum.
• Sílica solúvel (SiO2) e silicatos (SiO32-) de vários cátions. A sílica solúvel é oriunda da dissolução de parte da própria areia e rochas com as quais a água mantém contato.
• Óxidos de ferro de outros metais, tais como o Fe2O3, originado principalmente de processos corrosivos.

Costuma-se fazer uma distinção entre os termos “depósito” e “incrustação” normalmente empregados nessa área:

·      Depósitos: São acúmulos de materiais sobre determinada superfície que podem ser removidos manualmente com facilidade. Normalmente aparecem em locais com baixa velocidade de circulação de água ou nas extremidades inferiores dos equipamentos. Embora menos aderidos que as incrustações, os depósitos também prejudicam a troca térmica e o escoamento da água. Geralmente, materiais orgânicos resultantes do desenvolvimento microbiológico e material em suspensão formam depósitos nas superfícies.

·      Incrustações: Caracterizam-se por um acúmulo de material fortemente aderido sobre uma superfície, necessitando de esforços consideráveis para sua remoção (limpezas mecânicas ou químicas). Normalmente, as incrustações são formadas por precipitação de sais e/ou óxidos na forma cristalina, o que geram incrustações altamente coesas e aderidas.

Desenvolvimento Microbiológico

A água é o habitat natural de milhares de seres vivos, desde microrganismos unicelulares até animais superiores. Com o aprimoramento das atividades humanas e o uso generalizado da água nestas atividades, deparamo-nos com um problema muito difícil de ser resolvido, principalmente porque vai de encontro à própria natureza: o desenvolvimento de organismos na água que usamos e todas as consequências que este fato pode gerar.

Em circuitos de resfriamento, isto não é diferente. O crescimento exagerado – principalmente de algas, bactérias e fungos – é sem dúvida um dos grandes problemas encontrados nestes sistemas. Os prejuízos de ordem técnica e econômica são significativos e, algumas vezes, catastróficos.

Os principais inconvenientes causados pelo excesso de crescimento microbiológico em águas de resfriamento são:

• Formação de depósitos sobre superfícies de troca térmica (trocadores de calor, serpentinas, etc.) diminuindo as taxas de transferência de calor.
• Obstrução e entupimento de tubos, bicos aspersores, válvulas, equipamentos, acessórios, entre outros, podendo diminuir a eficiência do processo, restringir a vazão, entre outros.
• Formação de lodo no fundo das bacias, “decks” e canais de distribuição, criando muitas vezes condições propícias para o surgimento de novas espécies de microrganismos.
• Obstrução e crescimento exagerado em recheios e colméias de torres, diminuindo a eficiência no resfriamento de água e, em casos extremos, podendo até causar ruptura e desmoronamento do recheio.
• Excesso de material orgânico na água promove formação de espuma, causando maiores inconvenientes.
• As substâncias mucilaginosas (glicocálice) excretadas por alguns seres podem combinar-se com material inorgânico (sais, produtos de corrosão) e formar incrustações aderentes nos equipamentos e tubulações.
• Os depósitos de microrganismos sobre as superfícies metálicas aumentam a incidência de processos corrosivos, favorecendo as reações que os constituem.
• Algumas classes de microrganismos são causadores diretos de corrosão, tais como as bactérias redutoras de sulfato (SRB’s) e formadoras de ácidos.
• Decomposição de estruturas de madeira (torres antigas), provocada principalmente por algumas espécies de fungos; a ocorrência de cogumelos saprófitos conhecidos popularmente como “orelha de pau” não é rara nestas instalações.
• O crescimento descontrolado de seres vivos em águas de resfriamento também provoca aumento da demanda química e bioquímica de oxigênio (DQO e DBO), podendo causar complicações para o tratamento de efluentes (se existente) quando forem feitas descargas de água no sistema.
• Muitas vezes, o acúmulo de material orgânico na água de resfriamento pode gerar mau cheiro no local, tornando-se bastante desagradável principalmente em locais próximos à aglomeração de pessoas (tais como supermercados, shopping centers, etc.).
• Algumas classes especialmente patogênicas de microrganismos desenvolvem-se com muita facilidade em águas de resfriamento. Um exemplo são as bactérias do gênero Legionella, causadoras de uma grave enfermidade chamada popularmente de “Doença do Legionário”.

Cada classe de microrganismo apresenta peculiaridades em sua morfologia e fisiologia, gerando inclusive diferentes problemas.

Os microrganismos que se desenvolvem na água de sistemas de resfriamento são divididos em dois tipos:

Planctônicos: Ficam dispersos no líquido e movimentam-se junto com ele, sem tendência significativa a se depositarem ou aderirem a superfícies.

Sésseis: São os que causam maiores problemas nos sistemas de resfriamento, pois se desenvolvem aderidos sobre as superfícies dos equipamentos e tubulações, formando uma camada denominada biofilme (“slime” do inglês).

A figura abaixo ilustra o crescimento exagerado de organismos em um recheio de torre de resfriamento.

A figura abaixo mostra um recheio de torre de resfriamento totalmente obstruído por acúmulo de matéria orgânica.

Alguns fatores que contribuem para o aumento do desenvolvimento de microrganismos

Microbiológico

Muitos fatores físicos e químicos contribuem para a formação de condições propícias para o desenvolvimento microbiológico. A capacidade dos seres vivos de se adaptarem a condições ambientais adversas faz com que certos organismos sobrevivam até em condições extremamente inóspitas, tais como altas temperaturas, pressões elevadas (da ordem de centenas de atmosferas), pH excessivamente ácido ou alcalino, concentrações elevadas de sais, etc. No entanto, as condições encontradas na maioria dos sistemas de resfriamento são amenas, o que propicia o desenvolvimento microbiológico de várias classes de organismos. Cientes destas peculiaridades, os fatores mais influentes neste processo são:

Presença de Nutrientes

É bastante evidente que um ser vivo se desenvolva com maior facilidade quando encontra fontes abundantes de materiais necessários para sua subsistência e reprodução. Assim, a presença de inúmeros nutrientes, orgânicos e inorgânicos, pode favorecer o crescimento microbiológico, tais como: açúcares, aminoácidos e proteínas, amônia, gorduras e/ou ácidos graxos, fosfatos, nitratos, sulfatos, potássio, sódio, vários outros íons e uma infinidade de outras substâncias. Isso posto, o sucesso do controle microbiológico na água de resfriamento também depende da eliminação ou anulação das fontes e possíveis contaminações desses nutrientes.

PH

A maioria das espécies de bactérias existentes tende a crescer em valores de pH neutros e ligeiramente alcalinos, enquanto que os fungos normalmente crescem em pH ligeiramente ácido. Como o pH da água dos sistemas de resfriamento são mantidos normalmente entre 6,5 e 8,5, há um favorecimento no crescimento dessas duas classes de seres, além de algas.

Temperatura

A temperatura é, sem dúvida, um fator de grande influência para o desenvolvimento de qualquer ser vivo. Normalmente, a maioria dos organismos sobrevive adequadamente em temperaturas entre 10 e 45ºC; porém, algumas espécies selecionadas (principalmente bactérias) sobrevivem em temperaturas abaixo de 0ºC ou acima de 100ºC. A manutenção de valores baixos de temperatura não é capaz de exterminar a maioria dos microrganismos, fazendo apenas com que os mesmos não se desenvolvam e mantenham-se em estado latente, aguardando uma alteração favorável nas condições ambientais. Por outro lado, nos processos de resfriamento, são encontrados vários gradientes de temperaturas ao longo do circuito, o que favorece o crescimento de certas espécies de modo localizado. As bactérias, de modo geral, preferem temperaturas da ordem de 35-40ºC.

Luz solar

A incidência de luz solar (direta ou indiretamente) contribui bastante para o desenvolvimento de organismos clorofilados (que fazem fotossíntese, ou seja, obtém energia através de reações bioquímicas envolvendo a luz solar); os representantes dessa classe de seres são as algas, unicelulares ou pluricelulares. Certas áreas dos sistemas de resfriamento podem estar submetidas à luz solar, tais como “decks” superiores de distribuição, bacias, etc. O impedimento da penetração de luz solar nessas áreas ajuda, e muito, no controle da infestação de algas no sistema.

Oxigênio Dissolvido

Geralmente, as águas de resfriamento possuem concentrações razoáveis de O2 dissolvido, o que aumenta o desenvolvimento de microrganismos aeróbios (que utilizam o oxigênio em seu metabolismo vital de obtenção de energia). Muitos microrganismos anaeróbios são intolerantes ao oxigênio e acabam morrendo na presença do mesmo. No entanto, é comum a existência de áreas estagnadas, tais com sob depósitos, colônias de microrganismos aeróbios ou locais de pouca circulação de água onde se criam zonas com ausência de oxigênio; assim, estas áreas podem alojar microrganismos anaeróbios, tais como as bactérias redutoras de sulfato (SRB’s), causadoras de corrosão.

Material em Suspensão – Turbidez

O material em suspensão contribui para o crescimento microbiológico de duas maneiras: ainda quando suspenso, pode servir de suporte para microrganismos unicelulares que tendem a se fixar sobre superfícies. Quando o material suspenso se deposita em locais de baixa circulação de água (tal como no fundo das bacias ou extremidades inferiores de equipamentos), pode criar condições favoráveis ao surgimento de outras espécies de organismos contaminantes, tais como bactérias anaeróbias.

Tratamento químico da água de resfriamento

Um dos métodos mais empregados para o tratamento da água de resfriamento é através de insumos químicos, que visam combater o desenvolvimento de incrustações, crescimento microbiológico e a ocorrência de processos corrosivos.

Prevenção das Incrustações

Basicamente, o controle de incrustações em sistemas de resfriamento é feito através de dois mecanismos:

Floculante

Este método é bastante utilizado para combater incrustações de origem orgânica, tais como contaminações da água por materiais de processo (óleos, hidrocarbonetos, etc.), microrganismos e produtos originados de seu metabolismo (proteínas, lipídeos, polissacarídeos), lodos de maneira geral, material particulado, etc. Para este propósito, utilizam-se normalmente polímeros (também chamados polieletrólitos) que aglutinam as substâncias indesejadas, através de interações elétricas e adsorção física. Com isto, forma-se um floco leve e fofo que é retirado pelos sistemas de descarga ou através de um filtro colocado em paralelo ao circuito da água do sistema (chamado “side stream filter”). A escolha do polímero deve recair sobre as seguintes propriedades:

• Carga elétrica, relacionada com as impurezas a serem removidas (polímero catiônico ou aniônico e respectiva intensidade da carga).
• Peso molecular, responsável pelo tamanho do floco formado e pela capacidade de adsorção dos contaminantes.
• Funcionalidade do polímero, ou seja, o mesmo deve possuir solubilidade em água, manter estabilidade nas condições do sistema e possuir reatividade e interação seletiva com as espécies presentes.

Normalmente, o mecanismo floculante não exerce efeito significativo na prevenção de incrustações de origem inorgânica, embora consiga reduzir, em alguns casos, a concentração de alguns sais presentes na água. Este mecanismo é comumente utilizado em circuitos abertos de resfriamento (de uma só passagem) ou de resfriamento por aspersão (“spray-pond”), onde a contaminação por material orgânico muitas vezes é significativa.

Mecanismo Dispersante

Este é o mecanismo mais utilizado para prevenção de incrustações de origem inorgânica, apresentando uma série de qualidades que o tornam eficaz mesmo para sistemas que trabalham com elevadas concentrações de sais. Os princípios de ação utilizados por este tipo de tratamento são:

Efeito Limiar (“Threshold”): Também chamado de “sequestração”, é caracterizado pela redução na tendência de precipitação de compostos de cálcio, magnésio, ferro, manganês, etc., causando um atraso na precipitação desses sais mesmo quando o dispersante é dosado em quantidades sub-estequiométricas. Isto é possível porque o produto reage somente com a espécie química que está na iminência de se precipitar, sendo assim consumido somente por uma pequena fração da espécie. As principais classes de produtos que exibem estas propriedades são os polifosfatos, fosfonatos (compostos organofosfóricos – vide detalhes adiante) e polímeros/ copolímeros (acrílicos, maleicos, estireno-sulfonados, carboxílicos etc.).

Ação dispersiva: Apresentada comumente por compostos organofosfóricos e polieletrólitos que, por sua vez, tendem a se adsorver sobre a superfície de partículas em suspensão, tais como núcleos de precipitação de sais. O produto adsorvido sobre a partícula confere-lhe cargas elétricas, fazendo com que as mesmas exerçam forças de repulsão entre elas e, assim, permaneçam dispersas. Em outras palavras, a ação dispersiva atua de modo oposto à coagulação.

Efeito Surfactante: Normalmente empregado para agir contra material orgânico, principalmente quando originado do desenvolvimento microbiológico (estes particularmente são chamados “biodispersantes”, que facilitam a ação dos biocidas). Normalmente são compostos que aumentam a hidratação das partículas, solubilizando-as e mantendo-as dispersas, sem tendência a se depositarem. Em algumas aplicações, os surfactantes são usados para emulsionar hidrocarbonetos para facilitar sua eliminação pelas descargas. O princípio de ação dos surfactantes é semelhante ao de um detergente ou sabão: um dos extremos da molécula interage com o material orgânico, e o outro extremo é solúvel em água. Normalmente, utilizam-se produtos a base de compostos etoxilados ou copolímeros de óxidos de etileno-propileno combinados (EO-PO).

Modificação de Cristais: Sem tratamento, as incrustações inorgânicas são formadas por retículos cristalinos que de desenvolvem de maneira bem regular, o que favorece seu crescimento após a formação e aderência sobre as superfícies metálicas. A modificação de cristais age através da distorção dos mesmos, impedindo seu crescimento ordenado e alterando sua forma. Com isso, os cristais tendem a não se aderir sobre as superfícies e permanecem dispersos no líquido, favorecendo sua eliminação pelas descargas. Alguns produtos orgânicos naturais, tais como ligninas e taninos, foram e ainda são usados com esta finalidade; ultimamente, o uso de polímeros e copolímeros sintéticos específicos (poliacrilatos, maleicos, fosfino-carboxílicos, entre outros) tem se mostrado mais vantajoso.

Para controle da corrosão em sistemas de resfriamento, os métodos usualmente empregados são:

Inibidores de Corrosão

São os métodos de controle de corrosão mais empregados em sistemas de resfriamento. Seus princípios de funcionamento baseiam-se no impedimento ou diminuição nas reações de óxido-redução que caracterizam os processos corrosivos. Assim, podemos classificar os inibidores de corrosão em duas classes: inibidores anódicos e inibidores catódicos, ou ainda aqueles que apresentam ambas as propriedades.

Como regra geral, normalmente são empregadas combinações de inibidores, visando controlar a corrosão em todas as frentes. Estas associações produzem um efeito sinérgico, onde as propriedades da combinação de inibidores são superiores às suas utilizações isoladas. Como exemplo, podemos citar os inibidores a base de polifosfato ou fosfonato zinco, cromato-polifosfatos, orgânicos-zinco, etc.

Um dos grandes problemas encontrados nos sistemas de resfriamento é o crescimento exagerado de microrganismos, principalmente algas, fungos e bactérias. O meio usualmente empregado para combatê-los é através do extermínio direto desses seres, o que normalmente é feito através de produtos químicos denominados biocidas. Estes, por sua vez, podem agir especificamente sobre alguma classe de microrganismo, sendo denominados fungicidas, bactericidas e algicidas respectivamente, ou então possuem amplo espectro de ação, matando vários tipos de seres indistintamente.

Uma prática comum em sistemas de resfriamento é o uso combinado e/ou alternado de dois ou mais princípios ativos, o que potencializa o efeito do biocida. Além disso, a alternância de princípios ativos minimiza as chances de desenvolvimento de resistência por parte dos microrganismos.

Os biocidas para águas de resfriamento podem ser classificados em dois grupos: oxidantes e não-oxidantes.

Biocidas Oxidantes

Têm seu princípio de ação fundamentado na oxidação da matéria orgânica presente nos seres vivos, destruindo suas estruturas vitais e assim causando a morte dos mesmos. Pode-se dizer que os organismos são “queimados” pelo biocida.

Os principais representantes desta classe de produtos são:

Cloro e Seus Compostos

O gás cloro (Cl2), hipoclorito de sódio ou cálcio (NaClO e Ca(ClO)2), o dióxido de cloro (ClO2) e vários outros compostos derivados são frequentemente empregados no tratamento de águas de resfriamento. Seus princípios de ação fundamentam-se na formação do ácido hipocloroso (HClO), que é o principal responsável pela ação oxidante do composto.

A dissociação dos compostos clorados para formação do ácido hipocloroso é bastante dependente do pH, o que restringe os processos de cloração em águas a valores de pH abaixo de 8,5.

Apesar de bastante eficiente e de custo relativamente baixo, os compostos clorados tem algumas desvantagens no uso em sistemas de resfriamento, tais como:

• Atuação em faixa limitada de pH
• Baixa estabilidade química principalmente quando submetidos à luz solar.
• Necessita um elevado tempo de contato para agir satisfatoriamente.
• Oxidação superficial, não atingindo as camadas inferiores dos biofilmes mais espessos.
• Não são seletivos na atuação, oxidando todo o material no qual entram em contato, inclusive o ferro e demais metais do sistema (aumenta incidência de corrosão).
• Em alguns casos, as cloraminas em excesso podem causar odores desagradáveis.
• Residuais de cloro livre elevados podem causar degradação nos produtos usados para inibição da corrosão e incrustações, comprometendo e eficiência do tratamento.
• Consumo excessivo do biocida quando a demanda de cloro for elevada (água com elevada concentração de material orgânico ou sujeita a frequentes e/ou intensas contaminações externas). Esta desvantagem também é válida para qualquer outro biocida oxidante.

Compostos de Bromo

De modo análogo ao cloro, o bromo também exerce efeito biocida principalmente através do ácido hipobromoso (HBrO).

O bromo apresenta algumas vantagens sobre o cloro:

• É mais eficiente em valores mais altos de pH.
• Apresenta maior estabilidade química, principalmente em relação à luz solar.
• É mais rápido que o cloro, requerendo menos tempo de contato com o material a ser tratado.

Requer uma quantidade menor de oxidante para um mesmo efeito biocida, o que reduz a incidência de processos corrosivos e a degradação dos outros produtos destinados ao tratamento de água.

Peróxidos

Devido ao seu poder oxidante, alguns peróxidos, principalmente o peróxido de hidrogênio (H2O2) podem ser usados para controle do desenvolvimento microbiológico em sistemas de resfriamento. Normalmente, estes compostos são dosados diretamente no equipamento que está apresentando problemas (tais como biofilmes em trocadores de calor). Tem a desvantagem de ser bastante volátil, o que diminui sua eficiência, além de poder aumentar os processos corrosivos.

Ozônio

De modo semelhante aos peróxidos, o ozônio (um alótropo do oxigênio de fórmula O3) também pode ser usado como sanitizante em águas de resfriamento. No entanto, devido ao alto custo dos equipamentos destinados à geração desse gás e à sua volatilidade extremamente alta, é usado somente em alguns casos particulares. Por outro lado, o ozônio é empregado com certa frequência no tratamento de água potável e também em alguns efluentes.

Biocidas Não-Oxidantes

Esta classe de biocidas, representada por inúmeros compostos químicos distintos, apresentam mecanismos de ação peculiares e específicos para o controle dos microrganismos. A tendência atual é utilizar produtos de ação relativamente rápida, eficientes na eliminação dos microrganismos de interesse, de baixa toxidez ao ser humano e demais animais e plantas superiores, que apresente elevada degradabilidade e, finalmente, de baixo impacto ambiental.

Os biocidas não-oxidantes mais usados em sistemas de resfriamento são:

Quaternários de Amônio e Aminas Complexas

São compostos altamente catiônicos, que tendem a se adsorver nas superfícies (negativamente carregadas) das células dos microrganismos, afetando a permeabilidade celular e causando sua destruição. As principais desvantagens do uso dessa classe de compostos são: formação de espuma e incompatibilidade com produtos aniônicos para tratamento da água, como inibidores de corrosão/ incrustação.

Carbamatos

São compostos organossulfurosos, possuindo grupos ativos de carbono, enxofre e nitrogênio em certas configurações, os que lhes confere o poder biocida. São bastante efetivos contra bactérias e fungos e, em menor proporção, contra algas. As desvantagens dos carbamatos incluem o odor forte, a formação de precipitados com o ferro e baixa atividade em valores de pH iguais ou acima de 8,0.

Biodispersantes

Várias espécies de microrganismos são capazes de produzir uma substância mucilaginosa, composta na maior parte por polissacarídeos, proteínas e gorduras, chamada glicocálice. Esta substância aumenta a aderência dos microrganismos sobre as superfícies dos equipamentos, além de funcionar como abrigo, agrupando e alojando as células e colônias de outras espécies porventura existentes. Para controlar este problema, uma classe especial de produtos denominados biodispersantes ou dispersantes orgânicos foi desenvolvida. O biodispersante tem a capacidade de dissolver o glicocálice formado e de promover a abertura de canais no interior do biofilme, favorecendo a penetração dos biocidas e auxiliando-o a matar as células das camadas inferiores ou protegidas pelo glicocálice.

Segue abaixo alguns métodos mais comuns empregados para o controle do tratamento nos sistemas de resfriamento

Controle Físico-Químico

Este controle é implementado através de análises físico-químicas da água do sistema, com periodicidade conveniente. Os principais itens de controle e sua faixa sugerida estão apresentados na tabela a seguir:

Métodos de determinação e monitoramento do desenvolvimento microbiológico

Vários métodos são empregados pelos profissionais de tratamento de água para este tipo de controle e a seguir temos exemplos de dois tipos:

Contagem Microbiológica na Água

É um procedimento simples, que consiste em colocar a água do sistema em contato com um meio de cultura adequado. Depois de certo período de incubação, o procedimento revela a quantidade de unidades formadoras de colônias existentes por ml do meio (UFC/ml).

Normalmente adota-se como limite máximo o valor de 1,0 × 104 UFC/ml. Dependendo do sistema, pode-se trabalhar com valores superiores a este sem causar maiores problemas, pois as bactérias medidas por este tipo de análise são, em sua maior parte, as planctônicas.

Como o principal problema em um sistema de resfriamento são os organismos sésseis (que crescem aderidos às superfícies), as vezes a contagem de bactérias na água não fornece resultados confiáveis sobre o grau de infestação do sistema, sendo necessário o emprego de outros métodos de avaliação.

Análises de DQO, DBO e Carbono Orgânico Total

Estas análises permitem estimar o material orgânico presentes na água de resfriamento, comparando-os com os valores encontrados na água de alimentação do sistema. Normalmente, valores elevados desses parâmetros indicam crescimento microbiológico acentuado, o que permite a tomada das providências necessárias (biocidas, biodispersantes, purgas, limpezas no sistema, etc.).

Conclusão

Independente qual o tipo de sistema de resfriamento for adotado, o tratamento de água é necessário e imprescindível para manter a eficiência dos equipamentos. Com certeza os benefícios são maiores do que o custo. A falta de tratamento de água da torre de resfriamento da fermentação pode reduzir ou até mesmo interromper a produção de etanol. Uma diminuição de 2ºC na temperatura da água de resfriamento dos condensadores barométricos da fábrica de açúcar significa um aumento de 10% de eficiência do cozedor.

Valdemir Alves de Lima - MTA Gestão de Produção Sucroenergético