Desmineralização de água: Usuários querem sistemas de alta qualidade, com menor consumo de energia

Petróleo & Energia, Unidade de tratamento de água para caldeira de alta pressão
Unidade de tratamento de água para caldeira de alta pressão

Sistemas geradores de vapor de alta pressão exigem água de alimentação de qualidade cada vez mais elevada, tanto por questões de segurança quanto pela necessidade de obter desempenho superior. Essa tendência anima os fornecedores de linhas completas e insumos para desmineralização de água, operação que consiste na remoção de sais dissolvidos e sílica, os maiores responsáveis pela formação de incrustações nas caldeiras e linhas de condução de vapor.

O histórico desse segmento de mercado revela crescimentos vertiginosos nos períodos de grandes investimentos de setores como petróleo, petroquímica, siderurgia, celulose, alimentos e bebidas, sem deixar de lado a geração ou cogeração de eletricidade em unidades térmicas, um dos atuais motores desse negócio. No momento, com a economia nacional se arrastando enquanto espera mudanças que a recoloquem em marcha acelerada, os grandes projetos jazem nas gavetas dos investidores ou foram descontinuados. Nem por isso, a desmineralização entrou em hibernação, pois a demanda por manutenção de sistemas, atualização de processos e pelo suprimento de insumos segue no ritmo normal.

Alguns projetos interessantes estão sendo tocados, todos eles relacionados com economia de água e geração de eletricidade. “Temos um pipeline de propostas interessantes, geralmente ligadas ao reúso de água pelo fechamento de circuitos industriais, motivados pela crise hídrica e pelo custo da energia”, comentou Kelsey Cichy, gerente de vendas da GE Water & Process Technologies no Brasil. “Temos uma base instalada grande de equipamentos no país que nos gera muitos pedidos.”

Cichy aguarda o próximo leilão de geração de eletricidade de reserva da Aneel, marcado para 29 de maio e restrito para térmicas alimentadas a gás natural, com a expectativa de movimentar 1,5 milhão de MW com entrega a partir de 2016. “Isso deve resultar em 30 unidades de geração”, considerou.

Petróleo & Energia, Frutuoso: demanda segue ativa, mas com outras características
Frutuoso: demanda segue ativa, mas com outras características

“Embora o mercado brasileiro esteja em momento de calmaria, alguns setores mantêm o ritmo de investimentos, a exemplo da indústria de celulose e papel, grande consumidora de vapor”, avaliou João Teodoro Frutuoso, diretor de marketing para a América Latina da Nalco, da Ecolab. Além disso, ele identifica nos últimos dois anos uma demanda de empresas de médio porte para ampliar seu parque de cogeração. “Sob risco de ficar sem energia, essas empresas que operavam sistema de geração complementar, para uso em horários de pico, por exemplo, agora querem se tornar autossuficientes e, talvez, até vender alguma energia para a rede”, afirmou.

Essa tipo de demanda pulverizada, não é muito visível, mas significativa. “São sistemas que precisam ser atualizados e ampliados, adotando conceitos de desmineralização avançada, com economia de água e menor geração de efluentes”, afirmou. Além disso, a Nalco também conta com uma demanda estável, advinda da rotina operacional de sua grande carteira de clientes no Brasil.

Petróleo & Energia, Figueiredo: mercado já aceita pagar por serviço a longo prazo
Figueiredo: mercado já aceita pagar por serviço a longo prazo

Gustavo Figueiredo, diretor de marketing Light para a América Latina da Nalco, observa que aumentou o interesse dos clientes por contratos de serviço de desmineralização a longo prazo. Nessa modalidade, o investimento é feito pelo prestador, que se remunera pela venda de água tratada (em metros cúbicos). “Há 15 ou 20 anos, o cliente enxergava isso como investimento, ele comprava um bem de capital para tratar a água para caldeiras, mas foram criadas várias formas de relacionamento de longo prazo e a tendência atual é de crescimento da prestação de serviços, em detrimento da simples venda dos equipamentos”, comentou. Para o futuro, a ideia é transferir para o prestador de serviços especializados todo o circuito de água, como operação integrada. “Olhar o todo permite oferecer soluções mais eficientes e econômicas, já podemos fazer isso, o capital necessário faz parte da solução”.

A GE Water desenvolveu um sistema de desmineralização completo, montado em skid, com um passo duplo de osmose reversa com polimento feito por eletrodeionização (EDI), com modelos que podem gerar até 48 m³/hora. “Esse produto é denominado Pro E-Cell, é um processo limpo, com custo operacional muito baixo, sem gerar resíduos e com baixo consumo de produtos químicos”, salientou Cichy. Ele calculou em R$ 1,20 por m³ o custo de produção de água nesse sistema, contra R$ 2,50 em sistemas convencionais de osmose reversa com polimento feito por troca iônica (leito misto). “E o custo de aquisição é menos de 10% superior ao do convencional de boa qualidade, ambos automatizados”, afirmou.

A combinação de osmose reversa com EDI está sendo oferecida pela GE Water há um ano e meio, mas ainda não conta com nenhuma unidade instalada no Brasil. “Vendemos uma unidade para a Argentina e outra, de grande porte, para o Equador; temos consultas aqui no país, mas os projetos de grande porte precisam sair da gaveta para que elas deslanchem”, comentou.

Essa combinação também é divulgada pela Mann+Hummel Fluid Brasil, com os mesmos argumentos. “É uma opção mais limpa, gasta um pouco mais de energia que o leito misto, mas isso é mais do que compensado pela redução no consumo de regenerantes e na neutralização de efluentes”, confirmou Demétrio Rodrigues de Souza, gerente comercial e de processos.

Souza identifica uma resistência por parte dos clientes brasileiros em adotar a EDI, embora ela já esteja sendo largamente utilizada no exterior. “Os brasileiros preferem ver para crer, ou seja, esperam para ver uma unidade funcionando para depois aderir, até porque o investimento inicial é um pouco mais alto que a troca iônica”, explicou. A Mann+Hummel Fluid Brasil está montando unidades móveis para desmineralização que usam o esquema de osmose reversa com EDI e, assim, espera conquistar clientes para a novidade. A companhia produz membranas em suas fábricas de Singapura e Alemanha, possui marca própria de resinas de troca iônica, porém fabricadas por terceiros, e constrói unidades de EDI usando células fornecidas por empresa especializada.

A Mann+Hummel Fluid Brasil também identifica o interesse de clientes em contratar o serviço de tratamento de água em vez de apenas comprar o sistema pronto. “Temos estrutura de capital para fazer os investimentos necessários e recuperá-los mediante a venda de água para o cliente, que fica livre do pesado investimento inicial”, explicou Souza. Ele citou como exemplo uma unidade de osmose com EDI para alimentar caldeira de alta pressão. Nesse caso, o custo da água fornecida ficaria próximo ao do suprimento de água potável pelos concessionários de serviços públicos. “Não dá para comparar com a captação direta e outorga, ainda muito baratos no Brasil, mas, dependendo da qualidade inicial da água, podemos oferecer uma condição muito competitiva”, avaliou.

A GE Water opera unidades móveis desde 2012, contando com uma frota de mais de 20 conjuntos atuando no Brasil para aplicações desde geração de água potável até desmineralização avançada, com osmose reversa e polimento com troca iônica. “Quase 90% da nossa frota já está locada e estamos construindo mais unidades, pois a demanda segue firme”, comentou Cichy. Segundo informou, alguns clientes contrataram unidades móveis mediante contratos de longa duração, entre 5 e 10 anos.

A GE Water fabrica suas membranas e cartuchos na Hungria (de PVDF, para ultrafiltração) e nos Estados Unidos (de poliamida, para osmose reversa). Na unidade de Sorocaba-SP, monta skids de OR até 100 m³/h, com 60% de nacionalização. A divisão de químicos e serviços da companhia oferece linha completa de insumos para operação, como dispersantes, biocidas, limpeza química e até para hibernação adequada de membranas. Além disso, cada conjunto fornecido atua sob comando de um controlador lógico programável (CLP), garantido total automatização, com interface para operação local ou integração ao sistema supervisório da planta atendida.

Como novidade, a GE Water está oferecendo o sistema InSight de monitoramento remoto da desmineralização. “O PLC se conecta à internet por um sistema de telefonia móvel ou pela rede do cliente, comunicando-se com a nossa central de operações nos Estados Unidos, onde as informações serão avaliadas por especialistas que apontam a necessidade de intervenções”, explicou Cichy. O aplicativo do sistema é de fácil visualização e compreensão, com um gráfico que permite enxergar imediatamente se o sistema está operando bem ou se começa a indicar problemas. Segundo a companhia, o custo do serviço se compensa pela orientação dada por especialistas, proporcionando melhor aproveitamento das membranas e menor custo operacional.

A Nalco oferece o sistema 3D Trasar para monitoramento do sistema de vapor. Com a adição de substâncias químicas patenteadas, o sistema permite verificar se há condições para a formação de incrustações e ajustar o tratamento químico necessário para impedi-la, em tempo real. “Isso reduz o consumo de insumos e proporciona melhores condições de operação”, afirmou Figueiredo.

Exigências rígidas – Os avanços tecnológicos são notáveis, porém não chegam a configurar uma resposta única para todas as necessidades dos clientes, como observaram os entrevistados. “A recente crise da água mostrou que é preciso conciliar a melhor tecnologia com o menor custo”, afirmou Frutuoso, da Nalco. “Existe tecnologia para transformar a água do Tietê em água potável, mas vale a pena?”, indagou.

A ampla disponibilidade opções de tratamento é essencial para atender bem o cliente, nos padrões de qualidade exigidos. Nesse ponto, porém, há mudanças. “A produção de vapor para geração de eletricidade está operando com pressões cada vez mais altas, para aumentar a eficiência, e isso impõe limites mais estreitos de qualidade, conforme as normas da Asme”, salientou Gustavo Figueiredo. Ele comentou que, há 20 anos, as caldeiras operavam a 900 psi, aceitando água com máximo de 50 ppb de sílica e condutividade elétrica de 2 a 5 microSiemens/cm². O padrão atual dessas caldeiras chega a 1.200 psi, com máximo de 10 ppb de sílica e 0,5 microSiemens/cm², segundo Figueiredo. “O teor de impurezas é um quinto da situação anterior, projeto deve ser muito mais criterioso”, afirmou.

Isso também afetou as caldeiras de média pressão, que operavam com o auxílio de abrandadores, que nem sempre conseguem atender as exigências modernas.

Petróleo & Energia, Sistema Pro E-Cell, da GE Water, combina osmose reversa e EDI
Sistema Pro E-Cell, da GE Water, combina osmose reversa e EDI

No caso da osmose reversa, os problemas geralmente estão localizados antes dessas membranas. “A membrana de osmose reversa precisa receber água de boa qualidade para operar dentro do esperado e com vida útil razoável, isso precisa ser verificado com a análise da água de alimentação, parâmetro que determinará a configuração do pré-tratamento”, explicou Cichy, da GE Water. A OR, bem operada, consegue suprir a EDI, que admite o máximo de 1 ppm de sílica e de dureza.

“A osmose reversa é perfeita quando o seu rejeito pode ser reaproveitado, caso contrário, a troca iônica acaba sendo a melhor opção em termos de perda de água”, resumiu Franco Tarabini, sócio diretor da Enfil, empresa atuante em todos os segmentos de engenharia ambiental e na montagem industrial, com carteira de projetos aprovados da ordem de R$ 580 milhões, para serem executados em 2015 e 2016, nas áreas de papel e celulose, saneamento público, siderurgia, remediação de solos, óleo e gás e termoelétricas.

Tarabini comentou que a OR não trata 100% da vazão de alimentação, ou seja, 25% é denominado rejeito, que pode ser descartado ou, dependendo da sua qualidade, reutilizado como, por exemplo, make-up de torres de resfriamento. Para alcançar a qualidade de água para caldeiras de alta pressão, o sistema de OR requer um tratamento complementar, geralmente feito com resinas de troca iônica em leito misto. “Como alternativa ao leito misto, existe a tecnologia de eletrodeionização que mistura processos de resinas e membranas e não requer insumos químicos, sendo geralmente utilizada para pequenas vazões por ser o valor de investimento relativamente alto”, complementou.

Como a tendência atual é de fechar os circuitos de água das empresas, reduzindo perdas, há demanda crescente para o tratamento específico dos fluxos de retorno. Nesse caso, é preciso considerar o tipo de contaminação que advém das linhas de processo e a temperatura da água. “A água que recircula pelo sistema já foi tratada antes, não tem sílica e dureza, mas pode ter algum teor de ferro, que é arrastado dos equipamentos e tubulações, e precisa ser removido”, considerou Souza. Nesse caso, um leito de troca catiônica (para reter o ferro) tem a vantagem de poder operar até a 120ºC. Uma unidade de EDI precisa operar abaixo de 40ºC. “Essa diferença de temperatura pode significar perda de energia no sistema, que precisa ser bem avaliada no projeto”, considerou.

Tratamento químico – Tecnologia mais sedimentada, as resinas de troca iônica requerem ciclos de regeneração para que possam manter sua capacidade de retenção de cátions e ânions. Essa operação requer uma grane quantidade de ácidos e álcalis fortes, em alta concentração.

Petróleo & Energia, Aguiar: insumos químicos podem rejuvenescer membranas de OR
Aguiar: insumos químicos podem rejuvenescer membranas de OR

Embora as membranas de osmose reversa dispensem essa etapa, elas não ficam isentas da adição de insumos químicos específicos. “É preciso cuidar muito bem das membranas, evitando as trocas prematuras, pois cada cartucho custa pelo menos R$ 600”, recomendou José Aguiar Jr., superintendente de operações da Kurita do Brasil. Ele explicou ser consolidado o uso de um coquetel químico para membranas de OR contendo dispersante e biocida, podendo ser complementado com um sequestrante de cloro (metabissulfito de sódio), se necessário. O pré-tratamento pode incluir uma cloração para desinfecção e oxidação da matéria orgânica presente, porém as membranas de OR são oxidadas facilmente pelo cloro, exigindo cuidados.

“A Kurita vem estudando há oito anos a osmose reversa e criou produtos e soluções específicas para aumentar as campanhas e a vida útil dos elementos”, comentou. O mais recente é o Kuriverter BP-201, coagulante formado por polímero aniônico (base de polifenóis) que se mostrou mais eficiente para remoção da matéria orgânica presente na água. “Uma parte do BP-201 consegue se ligar às partículas orgânicas, enquanto a outra parte deixa cargas livres para permitir a formação de flocos maiores, de remoção mais fácil”, explicou Antonio Carvalho, diretor técnico da companhia. O BP-201 deve ser dosado antes do coagulante inorgânico usual, ainda na fase de clarificação da água.

Embora esteja sendo oferecido no Brasil há um ano, ainda não encontrou um cliente disposto a aplicá-lo. “A maioria dos clientes usa uma ETA só para tratar toda a água que consome, isso inviabiliza o uso desse produto, que seria útil apenas para a linha de osmose reversa”, considerou Aguiar.

Melhor sorte teve o Kuriverter IK-110, que foi rapidamente adotado por indústrias de celulose e papel no país. “Um cliente precisava limpar com produtos alcalinos um de seus quatro trens de OR a cada dia, porque o biofouling prejudicava a operação; com o IK-110, ele passou a ter campanhas ininterruptas de 45 dias”, afirmou Aguiar. Outro cliente passou de uma semana para 90 dias, apenas com a introdução do insumo.

O IK-110 é um oxidante estabilizado desenvolvido pela Kurita. Não é um poderoso biocida – em caso de contaminação severa, deve ser dosado com outros biocidas –, mas é altamente eficiente na remoção de material orgânico aderido nas membranas, com ação igualmente confirmada em filtros de areia e de carvão ativado, tubulações e equipamentos.

A Kurita também está divulgando o uso combinado de seu software Aquolizer com a linha de dispersantes Kuriverter N. “O software avalia o potencial incrustante de cada situação e indica qual o dispersante da linha Kuriverter N mais indicado e a sua dosagem para evitar a formação de depósitos inorgânicos no sistema de OR”, explicou Carvalho.

Outro tipo de atuação da companhia está na possibilidade de recuperação de membranas de osmose reversa parcialmente oxidadas, estendendo a sua vida útil. “As fibras de poliamida podem sofrer oxidação superficial, abrindo microfissuras que permitem a passagem do fluido e diminuem a rejeição de sais, prejudicando o desempenho da membrana”, explicou o consultor técnico Pedro Henrique Moreira. A solução Kuriverter RC, formada por três componentes, consegue reparar essas microfissuras, permitindo recolocar a membrana no processo. “Não dá para voltar à condição inicial, mas conseguimos recuperar até 95% da rejeição de sais, adiando a substituição do cartucho”, explicou.

O tratamento começa com a “autópsia” da membrana comprometida, que indicará qual o grau de comprometimento e a possibilidade de recuperação. O tratamento é realizado nas instalações do cliente, sendo cobrado o serviço. “O cliente só paga se a recuperação for efetiva”, informou. Esse tratamento está disponível para membranas de todos os fabricantes.

Troca iônica – A despeito do aparecimento de outras tecnologias, a troca iônica ainda domina grande parte da desmineralização de água, atuando de forma isolada ou combinada com membranas. “Há uns vinte anos, a tecnologia de osmose reversa chegou ao Brasil e se tornou uma febre, muita gente aderiu e foram elaborados muitos projetos, alguns deles totalmente equivocados, tanto que nunca operaram”, comentou Aguiar.

Por sua vez, a troca iônica se manteve no mercado e foi sendo aprimorada ao longo dos anos. “No Brasil, nós criamos em 2004 uma aliança com a Purolite, fabricante especializado em resinas de troca iônica que avançou muito na tecnologia desses materiais”, comentou Aguiar. A aliança permite a venda das resinas para pequenos e médios clientes, além de permitir à Kurita prover assistência técnica a todos os usuários.

A Purolite fabrica resinas standard, homogênas e premium, atendendo todos os tipos de clientes dessa tecnologia. Os mais interessantes são os tipos premium, fabricados com a tecnologia SST (shallow shell technology), de ativação somente na coroa. “As esferas de resina, acrílica ou estirênica, possuem canais internos que também possuem cargas elétricas, assim como toda a superfície das esferas; existindo cargas livres, os íons são atraídos e capturados por elas”, explicou Carvalho. “A SST é fabricada sem cargas nos canais, mas apenas na superfície das esferas, pois a remoção dos íons retidos nos canais exige um consumo muito grande de regenerantes.” Dessa forma, perdendo apenas 4% da capacidade de retenção de íons, esse tipo de resina permite uma economia de regenerantes que garante o retorno da diferença de preço em relação ao tipo standard em menos de um ano. “Além disso, essa resina é menos exigente em pré-tratamento da água”, disse.

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