levantamento de oportunidades para racionalização do uso da
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DEPTº DE ENGENHARIA AMBIENTAL - DEA
UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIAESCOLA POLITÉCNICA
MESTRADO PROFISSIONAL EMGERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS
AMBIENTAIS NO PROCESSO PRODUTIVO
SALVADOR2003
JJOOSSÉÉ LLUUIIZZ RROODDRRIIGGUUEESS BBRRAAVVOO
LLEEVVAANNTTAAMMEENNTTOO DDEE OOPPOORRTTUUNNIIDDAADDEESS PPAARRAA RRAACCIIOONNAALLIIZZAAÇÇÃÃOO DDOO UUSSOO DDAA ÁÁGGUUAA EEMM
UUNNIIDDAADDEESS DDEE PPRROOCCEESSSSOO DDEE UUMMAA MMEETTAALLUURRGGIIAA DDEE CCOOBBRREE PPRRIIMMÁÁRRIIOO
UFBAUNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
ESCOLA POLITÉCNICA
DEPTº DE ENGENHARIA AMBIENTAL - DEA
MESTRADO PROFISSIONAL EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NO PROCESSO PRODUTIVO
Rua Aristides Novis, 02, 4º andar, Federação, Salvador BACEP: 40.210-630
Tels: (71) 235-4436 / 203-9798Fax: (71) 203-9892
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JOSÉ LUIZ RODRIGUES BRAVO
LEVANTAMENTO DE OPORTUNIDADES PARA RACIONALIZAÇÃO DO USO DA ÁGUA EM UNIDADES DE PROCESSO DE UMA METALURGIA DE COBRE PRIMÁRIO
Dissertação apresentada ao curso de Mestrado Profissional em Gerenciamento e Tecnologia Ambiental no Processo Produtivo, Escola Politécnica, Universidade Federal da Bahia, como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre. Orientador: Prof. Emerson Andrade Sales
Salvador
2003
B8263r Bravo, José Luiz Rodrigues Levantamento de oportunidades para racionalização do uso
da água em unidades de processo de uma metalurgia de cobre primário / José Luis Rodrigues Bravo.--- Salvador-Ba, 2003.
111f. il.
Dissertação (Mestrado em Gerenciamento e Tecnologias
Ambientais no Processo Produtivo) – Departamento de
Engenharia Ambiental, Universidade Federal da Bahia, 2003.
Referências e Anexos.
1 Reuso de água I. Titulo.
CDD 333.91
À minha família, pela compreensão e paciência por suportar os momentos de
ausências no convívio, tão necessárias para o desenvolvimento deste trabalho.
A manutenção da vida no planeta
Terra é também função direta da
nossa conscientização ambiental.
José L. R. Bravo
AGRADECIMENTOS
Gostaria de agradecer especialmente:
À empresa Caraíba Metais S. A., objeto deste estudo de caso, nas pessoas do seu
Diretor Superintendente, Otacílio Pinto de Morais, do Gerente da Eletrólise e
Laminação, Eduardo Caetano, e do Chefe de Divisão, Ivan Moraes, por
disponibilizarem recursos para a realização deste trabalho.
Ao Péricles Junior, nosso pró-ativo ambientalista, pelos incentivos para realização
desta pós-graduação.
À Isa Pedro, nossa analista de Laboratório, pelo apoio nos trabalhos experimentais.
Ao Antônio Sobrinho, chefe da Divisão de Utilidades por sua incansável ajuda e
disponibilidade para discutir os temas relativos à utilização da água.
Ao Ivo Cavalcanti, que teve contribuição decisiva nos trabalhos de campo.
Ao Emerson Sales, meu orientador, por suas valiosas contribuições na estruturação
do trabalho e apreciação deste texto.
Enfim, a todos que de alguma maneira ou de outra, às vezes até sem pressentir,
foram de ajuda inestimável para a realização deste trabalho.
SUMÁRIO
LISTA DE ABREVIATURAS........................................................ i
LISTA DE FIGURAS.................................................................... ii
LISTA DE TABELAS.................................................................... iii
RESUMO....................................................................................... Iv
ABSTRACT................................................................................... v
1 INTRODUÇÃO.............................................................................. 14
2 REVISÃO DA LITERATURA........................................................ 19
2.1 PLANEJAMENTO......................................................................... 19
2.2 LEVANTAMENTO DE DADOS..................................................... 20
2.2.1 Especificações do produto........................................................ 22
2.2.2 Especificações do processo...................................................... 23
2.2.3 Qualidade do controle de processo.......................................... 23
2.2.4 Regime de operação................................................................... 23
2.3 CONSOLIDAÇÃO DO BALANÇO DE MASSA ORIGINAL........... 24
2.4 DETERMINAÇÃO DO USO MÍNIMO DE ÁGUA NOVA............... 24
2.5 DETALHAMENTO DOS PROJETOS............................................ 25
3 METODOLOGIA DO TRABALHO................................................ 28
3.1 REVISÃO DO BALANÇO HÍDRICO DA METALURGIA.............. 28
3.2 SELEÇÃO DOS PROCESSOS PARA ESTUDO ......................... 29
3.3 CONSTRUÇÃO DOS DIAGRAMAS DE USOS DA ÁGUA........... 29
3.4 AVALIAÇÃO DA ÁGUA UTILIZADA NO PROCESSO.................. 30
3.5 CARACTERIZAÇÃO DOS EFLUENTES DOS PROCESSOS...... 31
3.6 AVALIAÇÃO DE OPORTUNIDADES DE RACIONALIZAÇÃO..... 32
4 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS...................................... 34
4.1 DESCRIÇÃO SUMÁRIA DO PROCESSO PRODUTIVO............. 34
4.2 BALANÇO HÍDRICO DA METALURGIA....................................... 36
4.3 SELEÇÃO DOS PROCESSOS..................................................... 37
4.4 DIAGRAMAS DE USO DA ÁGUA................................................. 38
4.4.1 Diagrama de uso da água na Eletrólise.................................... 38
4.4.2 Diagrama de uso da água na Laminação.................................. 39
4.5 AVALIAÇÃO DE OPORTUNIDADES NO LABORATÓRIO.......... 41
4.5.1 APARELHO DE RAIOS X............................................................. 41
4.5.2 DESTILADOR DE ÁGUA.............................................................. 42
4.5.3 Aparelho LECO............................................................................. 42
4.5.4 Aparato para REFLUXO............................................................... 43
4.5.5 Avaliação da vazão total de água descartada.............................. 43
4.5.6 Avaliação das formas para economia de água............................. 43
4.5.7 Investimentos................................................................................ 50
4.5.8 Custos das águas efluentes.......................................................... 50
4.5.9 Custos unitários............................................................................ 51
4.5.10 Custo da água descartada............................................................ 51
4.5.11 Custo operacional de reuso da água............................................ 52
4.5.12 Resultados da avaliação econômica do investimento.................. 53
4.6 AVALIAÇÃO DE OPORTUNIDADES NA ELETRÓLISE.............. 53
4.6.1 Bombas de vácuo dos evaporadores............................................ 55
4.6.1.1 Avaliação das formas para economia de água............................. 58
4.6.1.2 Investimentos................................................................................ 59
4.6.1.3 Custo da água descartada........................................................... 60
4.6.1.4 Custo operacional de reuso da água............................................ 61
4.6.2 Bomba de vácuo do filtro de lama cúprica.................................... 62
4.6.2.1 Avaliação das formas para economia de água............................. 63
4.6.2.2 Investimentos................................................................................ 64
4.6.2.3 Custo da água descartada........................................................... 65
4.6.2.4 Custo operacional de reuso da água............................................ 66
4.6.2.5 Resultados da avaliação econômica............................................. 66
4.7 AVALIAÇÃO DE OPORTUNIDADES NA LAMINAÇÃO............... 67
4.7.1 Unidade de electrowinning............................................................ 68
4.7.1.1 Avaliação das possibilidades de economia de água..................... 69
4.7.1.2 Investimentos................................................................................ 71
4.7.1.3 Custo da água descartada........................................................... 72
4.7.1.4 Custo operacional de reuso da água............................................ 72
4.7.1.5 Resultados da avaliação econômica............................................. 73
4.7.2 Unidade de lavagem na decapagem............................................ 73
4.7.2.1 Avaliação das formas para economia de água............................. 75
4.7.2.2 Investimentos................................................................................ 77
4.7.2.3 Custo da água descartada........................................................... 77
4.7.2.4 Custo operacional de reuso da água............................................ 78
4.7.2.5 Resultados da avaliação econômica............................................. 78
4.8 Resumo da avaliação econômica geral.................................... 78
4.9 Aproveitamento da água de chuva............................................ 80
4.9.1 Armazenagem da água de chuva no reservatório da ETA........... 84
4.9.2 Armazenagem da água de chuva no tanque de condensado....... 85
4.9.3 Dispositivo para separação da água de chuva............................. 86
5 DISCUSSÃO................................................................................. 87
6 CONCLUSÃO............................................................................... 93
7 RECOMENDAÇÕES.................................................................... 96
REFERÊNCIAS............................................................................ 97
ANEXOS:
A – Diagrama do fluxo de processo da metalurgia.................. 100
B – Balanço hídrico da metalurgia............................................ 101
C – Diagrama do uso de água na Eletrólise............................. 102
D – Diagrama do uso de água na Laminação........................... 103
E – Fluxo de caixa do investimento no Laboratório................ 104
F – Fluxo de caixa do investimento na Eletrólise.................... 105
G – Fluxo de caixa do investimento no Electrowinning.......... 106
H – Desenho esquemático dos tanques de lavagem............... 107
I – Fluxo de caixa do investimento na decapagem................ 108
J – Fluxo de caixa do investimento geral................................ 109
K – Fluxo de caixa do investimento geral – análise de risco.. 110
L – Desenho esquemático do tanque de separação................ 111
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
AGR – Água da Torre de Resfriamento B-563-20/23 – Bombas de vácuo da planta de purificação da Eletrólise CAD – Custo da Água Descartada CEPED
– Centro de Pesquisas e Desenvolvimento do Estado da Bahia
CETREL – Empresa de Proteção Ambiental CIT – Circuito Interno de Testes CORA – Custo de Reuso da Água DISULF – Divisão de Produção de ácido Sulfúrico da Caraíba Metais DIUTI – Divisão de Utilidades da Caraíba Metais DQO – Demanda Química de Oxigênio ETA – Estação de Tratamento de Água EUA – Estados Unidos da América MMA – Ministério de Meio Ambiente ONU – Organização das Nações Unidas PVC – Poli – cloreto de vinila QTD – Quantidade RGS – Rio Grande do Sul SABESP – Companhia de Saneamento do Estado de São Paulo TIR – Taxa Interna de Retorno TR-682-03 – Torre de resfriamento da Eletrólise TR-682-04/07 – Torres de resfriamento da Laminação TU – Taxa de Utilização UAS – Unidade de Produção de Ácido Sulfúrico UM – Unidade de Medida UTE – Unidade de Tratamento de Efluentes
LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Diagrama das correntes de efluentes na metalurgia................. 32
Figura 2 – Diagrama simplificado do processo metalúrgico....................... 34
Figura 3 – Diagrama do balanço hídrico geral da metalurgia..................... 37
Figura 4 – Diagrama do balanço hídrico geral da Eletrólise....................... 39
Figura 5 – Diagrama do balanço hídrico geral da Laminação..................... 40
Figura 6 – Desenho esquemático do reuso da água do Laboratório.......... 49
Figura 7 – Diagrama de processo da Eletrólise.......................................... 53
Figura 8 – Diagrama do processo de purificação do eletrólito................... 55
Figura 9 – Diagrama do sistema de retirada de níquel do eletrólito........... 56
Figura 10 – Diagrama da separação da lama de cobre............................... 62
Figura 11 – Diagrama do reuso das águas das bombas de vácuo.............. 64
Figura 12 – Diagrama do processo da Laminação....................................... 67
Figura 13 – Diagrama para reuso das águas da eletrorecuperação............ 70
Figura 14 – Diagrama da lavagem do vergalhão de cobre........................... 74
Figura 15 – Diagrama do reuso da água na lavagem do vergalhão............. 76
LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Consumo de água nos vasos sanitários do Laboratório........... 45
Tabela 2 – Dados de projeto e operação das torres de resfriamento......... 46
Tabela 3 – Planilha de investimentos.......................................................... 50
Tabela 4 – Custos unitários relacionados à água....................................... 51
Tabela 5 – Composição dos custos para cada tipo de efluente.................. 52
Tabela 6 – Medições nas bombas de vácuo dos evaporadores................. 58
Tabela 7 – Qualidade da água efluente dos equipamentos........................ 58
Tabela 8 – Planilha de investimentos.......................................................... 60
Tabela 9 – Água utilizada na bomba de vácuo B-563-18............................ 63
Tabela 10 – Análise química das águas da B-563-18 e TR-682-03.............. 63
Tabela 11 – Planilha de investimentos.......................................................... 65
Tabela 12 – Resumo da avaliação econômica para a Eletrólise................... 66
Tabela 13 – Água de selagem das bombas do processo electrowinning..... 69
Tabela 14 – Determinação de cobre em amostras das águas de selagem.. 69
Tabela 15 – Planilha de investimentos.......................................................... 71
Tabela 16 – Água de lavagem do processo de decapagem......................... 75
Tabela 17 – Análise das águas efluentes dos tanques de lavagem............. 75
Tabela 18 – Resumo da avaliação econômica.............................................. 79
Tabela 19 – Resumo da avaliação econômica – análise de risco................. 79
Tabela 20 – Média histórica de chuvas na Caraíba...................................... 80
Tabela 21 – Volume de chuva passível de coleta e aproveitamento............ 83
RESUMO
Este trabalho aborda o levantamento de oportunidades para a racionalização de
água utilizada em algumas operações unitárias nas unidades de Eletrólise,
Laminação e Laboratório de uma metalurgia do cobre primário e mostra a
possibilidade de aproveitamento da água de chuva das coberturas de edificações da
referida indústria. Nas unidades industriais, verificou-se a necessidade da melhoria
da manutenção dos equipamentos e treinamento dos operadores, de forma a evitar
ou minimizar os desperdícios de água. Na maioria dos casos, o levantamento dos
dados e a logística apontaram como forma para a redução do consumo de água o
seu reuso em torres de resfriamento. Além disso, após se verificar que o tratamento
local de um certo volume de um efluente ácido do processo de decapagem na
Laminação não é atrativo sob o ponto de vista econômico, vislumbrou-se a
possibilidade de reuso deste efluente em futuro próximo na Eletrólise. Levantou-se
também uma oportunidade na Laminação, que pode ser mais profundamente
estudada, segundo os princípios de Tecnologias Mais Limpas, visando a supressão
do processo de decapagem, com possibilidades de benefícios ambientais e
econômicos.
Palavras-chave: Água; Água de chuva; Efluente; Metalurgia do cobre;
Racionalização; Reuso; Tecnologias Mais Limpas.
ABSTRACT
This work shows the results of the opportunities survey for water rationalization of
some unit operations of the Electrolysis, Rod Plant and Laboratory of a primary
copper metallurgy. Additionally, it shows the possibility of utilization of rainwater
collected from the roofs of the metallurgy complex’s buildings. It was noticed the
necessity of improving equipments maintenance of the industrial units and workforce
training strengthening in order to avoid or reduce the water waste. In most cases, the
data survey and the logistic indicated as way of water consumption reduction its
reuse in cooling towers. Besides, after checking that the treatment of an acid effluent
from the Rod Plant was not economically attractive, it was verified the possibility of
reutilization of this effluent in the Electrolysis in a near future. It was also surveyed an
opportunity in the Rod Pant, which can be deeply studied considering the Clean
Technology statements with the target of eliminating the pickling line process, with
possibilities of having environmental and economic benefits.
Key words: Clean Technology; Copper Metallurgy; Effluents; Rainwater;
Rationalization; Reuse; Water
14
1 INTRODUÇÃO
A partir do meado do século XX, as grandes lideranças mundiais
passaram a reconhecer e discutir as ameaças que o modelo de
desenvolvimento praticado representaria para a própria sustentação da vida do
homem no planeta. Em 1958, o Conselho Econômico e Social das Nações
Unidas estabeleceu uma política de gestão para áreas carentes de recursos
hídricos, que suportava o conceito de “substituição de fontes”, que estabelecia
que nenhuma água de boa qualidade deve ser utilizada para usos que tolerem
águas de qualidade inferior (Hespanhol, 2000). A problemática ambiental
passou a freqüentar mais intensamente os fóruns internacionais nas décadas
de 60 e 70, tendo-se como uma das referências o relatório “Limites do
Crescimento”, de 1972, como resultado do estudo feito pelo Clube de Roma
(MMA, 2000). A ameaça aos recursos hídricos também passou a fazer parte
efetivamente dos debates internacionais: Estocolmo (Suécia), 1972; Mar del
Plata (Argentina), 1977; Nova Déli (Índia), 1990; continuaram em Dublin
(Irlanda), 1992; Rio de Janeiro (Brasil), 1992, onde as questões sobre a água
foram consideradas no capítulo 18 da Agenda 21; Noordwijk (Holanda), 1994;
Paris (França), 1998; na Conferência Ministerial do Segundo Fórum Mundial da
Água, em Haia (Holanda), 2000 (Folha de São Paulo, 2001 –2/8/2001); tendo
continuidade no encontro de Bonn (Alemanha), em 2002.
Segundo relatório da ONU, apresentado na 7a Conferência sobre
Mudanças Climáticas, em Marakesh, no Marrocos, em novembro de 2001, a
projeção é que em 2050 mais de quatro bilhões de pessoas podem ficar sem
água em todo mundo, com a projeção da população total de 9,1 bilhões de
habitantes. O mesmo relatório anuncia que, de qualquer forma, a água potável
será em pouco tempo tão valiosa quanto o petróleo (Jornal de Brasília, 2001).
Este fato suscita a questão: será que a água será foco de brigas contundentes
entre nações, assumindo essa importância estratégica/econômica? De fato,
ainda não há guerras contundentes pela posse da água, mas um estudo de
uma equipe da Universidade de Oregon, EUA, revelou que os países que
compartilham fronteiras por onde passam os rios Eufrates, Jordão, Nilo e Tigre
vivenciam hostilidades contínuas, em razão do interesse de controlá-los (Folha
de Londrina, 2001).
15
No Brasil, que concentra aproximadamente 12% das reservas
mundiais de água doce (Azevedo, 2001), os problemas da escassez e da
contaminação dos mananciais de água já se revelam em grandes centros
urbanos, como na cidade de São Paulo. São Caetano do Sul foi a primeira
cidade da região metropolitana de São Paulo a assinar contrato com a
SABESP, em maio de 2001, para a utilização da água resultante do tratamento
de esgoto, para limpar as áreas públicas da cidade no lugar da água potável, o
que demonstra a preocupação com o uso mais racional deste recurso natural
(Folha de São Paulo, 2001).
A organização administrativa para a gestão dos recursos hídricos no
Brasil se dá a partir da Lei Federal 9.433, sancionada em janeiro de 1997. Esta
Lei traz consigo o princípio da adoção da bacia hidrográfica como unidade de
planejamento, o princípio dos usos múltiplos, quebrando-se a indesejável
hegemonia de um setor usuário sobre os demais, o princípio do
reconhecimento da água como um bem finito e durável, o princípio do
reconhecimento do valor econômico da água e o princípio da gestão
descentralizada e participativa (MMA, 2000). A cobrança pelo uso dos recursos
hídricos é o principal instrumento financeiro do Sistema de Gestão dos
Recursos Hídricos e que deverá afetar diretamente os custos operacionais das
empresas que utilizam a água intensivamente em seus processos. O esquema
de cobrança começou em 2002 pela Bacia do Rio Paraíba do Sul, que corta os
estados mais importantes do país, em termos de suas economias: São Paulo,
Rio de Janeiro e Minas Gerais. Nessa região, que envolve 180 municípios,
concentram-se 13% do PIB nacional, distribuídos entre oito mil indústrias e 5,2
milhões de habitantes (Emerick, 2002). A previsão da aplicação desta medida
legal levou algumas empresas desse eixo econômico a considerarem práticas
de racionalização do uso da água, como forma de compensar o pagamento da
taxa (Radler, 2001).
Os processos industriais têm uma parcela importante de
responsabilidade na conservação da água, pois são consumidores intensivos
deste bem comum. Para exemplificar o grau de importância que deve ser
atribuído ao fato, o conjunto de empresas do Pólo Petroquímico de Camaçari é
o segundo maior consumidor de água do Estado da Bahia, perdendo apenas
para a capital, Salvador, (Mustafa, 1998). A abordagem normalmente utilizada,
16
na época da implantação dessas empresas, nas etapas de concepção dos
seus projetos de processos era a de privilegiar a rota do produto, onde
geralmente ocorria o maior dispêndio de recursos e a busca mais intensiva de
inovação tecnológica. Conforme Pessoa (2002), em informação verbal:
“A visão que se apresenta atualmente para a engenharia de processos considera o projeto em sua forma mais integrada possível, com o objetivo de reduzir as emissões e se ter um melhor aproveitamento dos recursos naturais e da energia dispendida.”
A introdução da preocupação ambiental no âmbito do planejamento
estratégico das empresas é um bom caminho para se atingir o objetivo
especificado de redução do consumo de água, porque este
problema/oportunidade passará a ser tratado com a mesma prioridade que se
pode dar a qualquer outro. O grau de importância dada à água será
determinado pelos aspectos de competitividade e sobrevivência que
direcionam os negócios, tais como: recursos humanos e financeiros disponíveis
para os projetos, disponibilidade da água, impacto no custo, pressão legal,
pressão da legitimidade e por questões de natureza meramente promocionais.
Para citar o aspecto estratégico do fator custo, empresas instaladas em certos
centros industriais são obrigadas a considerar o peso dessa utilidade em seu
desempenho econômico. A Petroquímica União, instalada em Mauá, no Estado
de São Paulo, decidiu trocar boa parte da água municipal utilizada nos seus
sistemas de resfriamento pela água tratada do rio Tamanduateí. Ao investir em
uma estação de tratamento para tratar água poluída do rio e trabalhar na
redução do consumo de 3,6 a 3,1 metros cúbicos por tonelada, foram
economizados 10 milhões de reais anualmente. Suas congêneres, nos pólos
de Triunfo – RGS e Camaçari – Ba, apresentam maior competitividade neste
aspecto, em virtude da maior disponibilidade de água limpa e do menor custo
(Gazeta Mercantil, 5 de março de 2001).
Tendo sua idealização e estado da arte enquadrados no contexto
histórico dos anos 70 e 80, a empresa alvo deste estudo de caso foi instalada
no Município de Dias d’Ávila, no Estado da Bahia, iniciando suas operações em
1982. Trata-se da primeira refinaria de cobre primário do Brasil, com
17
capacidade de projeto de 150.000t/a de cobre eletrolítico. O estado da arte que
norteou o projeto do processo foi o do processamento pirometalúrgico de
concentrados de minérios de cobre, que contou com a participação do CEPED
para a nacionalização e adequação dos projetos de processo para a realidade
local. O processamento se constitui basicamente na fusão de concentrados de
minérios, conversão do metal em ânodos de cobre e obtenção de cobre
eletrolítico, com 99,99% de pureza, pelo processo de eletrólise.
As unidades de uma refinaria de cobre utilizam água intensivamente
em seus processos, com diferentes qualidades para atender finalidades
específicas, tendo a empresa em questão um índice médio de utilização de 13
m3 por cada tonelada de cobre eletrolítico produzido, conforme apuração
efetuada para o ano de 2002 quando se dividiu o consumo de água no ano
pela produção de cobre realizada na empresa. O abastecimento de água desta
refinaria se dá a partir da sua captação em poços artesianos e os efluentes
inorgânicos e orgânicos da metalurgia são enviados para a CETREL, Central
de Tratamento de Efluentes do Pólo Petroquímico de Camaçari, sendo hoje
denominada de Empresa de Proteção Ambiental, na vazão média de 200m3/h,
que representa, em termos de água tratada, uma vazão suficiente para atender
as necessidades diárias de cerca de 5.000 famílias.
Conforme o modelo de produção adotado nas últimas décadas, as
unidades de processo são organizadas preponderantemente para atender uma
maior interação econômica do produto, reduzindo-se as perdas e re-trabalhos.
Algumas situações de maior integração foram especificadas no projeto do
processo para preencher situações imperativas do processamento metalúrgico,
como por exemplo: a obrigatoriedade do resfriamento dos gases da fundição
visando a adequação de temperatura para possibilitar a posterior conversão do
dióxido de enxofre a ácido sulfúrico, pois os gases possuem grande carga
deste poluente e o seu lançamento na atmosfera impediria definitivamente a
operação desse tipo de planta por razões ambientais. Desta forma, a
necessidade do resfriamento dos gases propicia a geração de vapor, que é
aproveitado nos processos das outras unidades.
18
Na avaliação dos processos dessa metalurgia, verificou-se que a
filosofia de projeto adotada para a utilização da água na maioria dos casos foi a
de uma única passagem, com ênfase no tratamento combinado dos efluentes
gerados. Este tipo de abordagem remete-se às circunstâncias de uma época
em que os projetos contavam com disponibilidades imaginariamente infinitas e
baratas de água. Conforme discutido anteriormente, a realidade atual é
diferente e requer novas abordagens que considerem a utilização de água de
forma integrada para seu melhor aproveitamento. Dessa forma, levantam-se as
seguintes questões: Quais são as ações vislumbradas para o uso da água com
uma postura mais coerente com o contexto atual e futuro? Como enfrentar
esse desafio em uma metalurgia de cobre com o paradigma tecnológico
descrito anteriormente? Quais as limitações que se verificam para a prática de
elevadas taxas de reuso da água ou reduções drásticas da entrada de água
nova nos processos de produção? Seriam necessárias grandes inovações
tecnológicas para se fazer frente às novas condições impostas pelas partes
interessadas (governo, sociedade, acionistas, trabalhadores)?
O objetivo deste trabalho, no seu aspecto mais amplo, é para o
estabelecimento de procedimentos que integrem os conceitos de tecnologias
limpas nos sistemas de gestão de desenvolvimento tecnológico, considerando
modificações de processos, novos processos e produtos e ampliações da
capacidade. Especificamente, este trabalho apresenta o estudo mais detalhado
do uso da água em algumas unidades de processo de uma refinaria de cobre
com capacidade de produção de 220.000t/a, apontando oportunidades de
redução do seu consumo e da geração de efluentes.
De uma maneira geral, o trabalho de avaliação está estruturado da
seguinte maneira: atualização ou criação dos fluxogramas dos processos
avaliados e balanços de massa; identificação das quantidades e especificações
das qualidades dos processos; determinação das quantidades e qualidades
dos efluentes dos processos, avaliação de oportunidades de inovação de
racionalização em algumas operações unitárias e avaliação da inter-relação
entre as unidades de processo. Além disso, aborda-se a oportunidade de
aproveitamento da água de chuva, em função das características de plantas
metalúrgicas desse porte, que exigem grandes áreas cobertas por telhados.
19
2 REVISÃO DA LITERATURA
Os trabalhos de minimização da utilização de água nova e/ou da
redução de efluentes seguem mais ou menos o padrão típico das metodologias
para resolução de problemas, segundo as definições abrangidas pela Gestão
pela Qualidade Total. Gonçalves (2001) considera como etapas de um
programa de minimização de efluentes líquidos o planejamento, o
levantamento de dados, o detalhamento dos projetos e a implantação.
Acrescentam-se, antes do detalhamento dos projetos, as etapas de
consolidação do balanço de massa da condição original, a utilização de
programas e/ou algorítimos para determinação do uso mínimo de água
nova/geração mínima de efluentes e a definição do fluxograma de processo
teórico.
Após a incorporação do tema da água no portifólio de ameaças e
oportunidades e de pontos fortes e fracos na empresa, parte-se para a
seqüência de ações. A seguir, discute-se no âmbito das obras selecionadas
como se insere no contexto da gestão estratégica cada fase de um programa
de conservação da água.
2.1 PLANEJAMENTO
No planejamento, há que se definir as metas e escopos do projeto,
que estarão relacionados com os recursos humanos e financeiros disponíveis,
as viabilidades técnicas e econômicas, as demandas e disponibilidades da
água, as exigências legais atuais e futuras e os benefícios ambientais (Eble,
1992). Em algumas situações, verificou-se que o objetivo de efluente zero é
impraticável sob o ponto de vista econômico, reduzindo-se o escopo para reuso
parcial do efluente, como forma de reduzir sua saída e, conseqüentemente a
entrada de água nova (Goldblatt, 1993). Considerando-se ainda a etapa do
planejamento, a escolha das unidades de processo ou operações unitárias
para serem estudadas e trabalhadas em primeiro lugar é um fator relevante
para o sucesso do trabalho de minimização da utilização da água, pois ao se
lidar com solução simples para grande volume de água economizada,
estar-se-á dando um passo enorme na motivação para a continuidade do
20
trabalho. Experiências em várias indústrias têm mostrado que as metas de
conservação de água são mais rapidamente alcançadas quando se utiliza a
abordagem de priorização de projetos, relacionados com a otimização de
sistemas de recirculação existentes, na eliminação da geração de
contaminantes na fonte e na maximização do reuso (Young, 1993). Dentro
deste conceito, as torres de refrigeração das unidades industriais têm merecido
atenção em vários trabalhos de conservação de água, em função da vazão de
reposição de água ser muito representativo e por se ter evolução contínua de
tratamentos químicos (surfactantes, dispersantes, inibidores de corrosão e
biocidas) que elevam o ciclo de concentração, com o controle adequado da
corrosão, incrustação, formação de lamas e crescimento microbiológico (Eble,
1992; Goldblatt, 1993; McIntyre, 1993; Ritz, 1996 e Gonçalves, 2001).
2.2 LEVANTAMENTO DE DADOS
O conhecimento das correntes de água das unidades de processo é
uma etapa muito importante nos programas de minimização da utilização da
água. O levantamento de dados, de uma forma geral e para aquelas correntes
de natureza intermitente, é a tarefa mais complicada do trabalho e a que
consome mais tempo (Gonçalves, 2001). Nos programas de minimização
internalizados no planejamento estratégico, onde se busca um alto grau de
redução do consumo de água nova e do efluente gerado a médio e longo
prazo, o estabelecimento de um balanço de massa é de fundamental
importância. A depender da redução do consumo de água e do efluente
pretendido, do grau de instrumentação das plantas de processo e da natureza
das correntes avaliadas, o fechamento de um balanço de massa pode se tornar
algo complexo. Muitos dos estudos têm demonstrado que um esforço
significativo é requerido para o levantamento de dados para compor o balanço
de massa, particularmente no primeiro estágio da verificação das correntes de
água existentes (Young, 1993). Os projetos de reuso de água podem até
prescindir de um balanço mais apurado de uma unidade industrial, contudo
poder-se-á correr o risco do programa de conservação da água não utilizar a
combinação mais eficiente e mais econômica para reuso (Eble, 1992).
21
De uma forma geral, para unidades industriais dotadas de programas
mínimos de controle ou que estejam subordinadas à forte restrição legal, a
água de entrada, captada ou fornecida por terceiros, e a de saída, tratada em
estação de tratamento de efluentes, é normalmente bem caracterizada, por
causa dos seus usos nas utilidades e processos e devido à exigência legal de
descarte. A maior dificuldade no levantamento de dados, para uma abordagem
mais abrangente e detalhada do balanço de água nos processos, é que a maior
parte das operações unitárias não conta com malhas de medição ou controle
instalados. É necessário conhecimento e experiência nos seguintes aspectos:
medições instantâneas e de estimativas para a determinação de vazões de
fluxos desconhecidos; verificação da instrumentação existente e seleção de
instrumentos de medição apropriados para a alocação permanente. Na falta de
instrumentação instalada, pode-se utilizar instrumentos portáteis para a
determinação direta das vazões e rastreadores para a determinação indireta,
de forma imediata e a um custo relativamente baixo, onde existir bom acesso à
tubulação e/ou canaletas abertas ou fechadas. Os instrumentos têm como
inconveniências: requerer acesso fácil aos tubos; o conhecimento prévio da
incrustação dentro dos tubos; limitado regime de vazão. Os rastreadores à
base de tinta ou cloreto de lítio são os mais utilizados, com a principal contra-
indicação de contaminar o fluxo a ser avaliado (Young, 1993). Quando se têm
fluxos em tubulações que desembocam em canaletas, como no caso de água
utilizada para o resfriamento na selagem de bombas centrífugas, pode-se
utilizar o método rudimentar que utiliza a contagem do tempo para o
enchimento de um recipiente com volume previamente determinado. Para
tanto, como se trata de avaliação da vazão através de medições instantâneas,
deve-se tomar alguns cuidados para obtenção de maior confiabilidade, tais
como: verificar se a vazão a ser medida é resultante somente do processo que
se quer avaliar; verificar se há, mesmo de forma rudimentar, alguma
padronização da operação; verificar se há indicadores indiretos de controle,
como por exemplo medidores de pressão; verificar se a utilização da água está
realmente relacionada com o tempo de operação do processo. Além disso, é
preciso fazer algumas leituras nas condições especiais do processo, que
possam determinar maior ou menor consumo de água relativamente à situação
de operação normal.
22
Para compor o balanço de massa, além da verificação da vazão, é
preciso fazer a determinação dos contaminantes nas correntes que serão
consideradas. “Segundo Gonçalves (2001), é oportuno realizar-se uma
caracterização preliminar para se ter uma idéia das oportunidades que se
poderá ter de minimização, reuso e reciclo da água, recomendando-se um
programa mínimo de determinações nas amostras coletadas. Neste caso, o
conhecimento do processo determinará quais as análises que serão
necessárias e deverá racionalizar os recursos postos à disposição para a
execução do trabalho. Na caracterização final, faz-se uma avaliação mais
criteriosa, levando em consideração o conhecimento anteriormente adquirido”.
Na fase de levantamento de dados, é importante identificar todos os
registros de medições das principais correntes aquosas que alimentam o
processo e os efluentes líquidos gerados, sendo recomendável especial
atenção quanto à confiabilidade dos dados existentes (Azevedo, 2001). Quanto
maior o conhecimento sobre as características do processo melhor poderá ser
o encaminhamento das soluções propostas, porque as condições de reuso e
reciclo, com ou sem regeneração, poderão ser estabelecidas com maior
confiança. No entanto, em função das dificuldades de coleta de dados,
interpostas muitas vezes pela falta de instrumentação para as correntes de
processo, em alguns casos não se poderá ter quantidades de dados desejáveis
para se ter um bom conhecimento das variabilidades da quantidade e
qualidade da água utilizada no processo. No sentido de contornar as incertezas
envolvidas, algumas condições devem ser consideradas antes de se iniciarem
os procedimentos de amostragem, tais como: especificações dos produtos;
especificações do processo; qualidade do controle de processo efetuado; tipo
de regime de operação, se contínuo ou intermitente, e condições esperadas no
início e final da campanha.
2.2.1 Especificações do produto
Conhecer as especificações do produto é importante, no sentido de
se poder avaliar qual o tipo de influência a água poderá exercer na qualidade
requerida.
23
2.2.2 Especificações do processo
As especificações do processo podem determinar a qualidade do
produto e a produtividade. A água tem participação preponderante em ambos
os fatores, por interação direta ou indireta com o produto/processo.
Normalmente, esta se apresenta especificada nos projetos de processos, de
forma que atendam certos requisitos de qualidade.
2.2.3 Qualidade do controle de processo
A avaliação da qualidade do controle do processo permitirá que se
tenha uma noção preliminar do que se poderá esperar em termos de
variabilidade das amostras coletadas. Naturalmente, quanto mais sofisticado é
o controle menor deverá ser a variabilidade da qualidade.
2.2.4 Regime de operação
Conhecer o regime de operação permitirá o estabelecimento de um
planejamento adequado de coleta de amostras que represente melhor o
processo em estudo. Nos regimes contínuos, em alguns casos, as condições
de processo são bastante diferentes no início e final de campanha. Já nos
regimes intermitentes ou por bateladas, a qualidade poderá alterar de uma
batelada para outra. Portanto, nas situações em que não se tem controle
adequado para a água no processo, pode-se determinar procedimentos de
amostragens que considerem a variabilidade natural do processo, esquivando-
se de situações que reproduzirão dados que não representem uma distribuição
estatística consistente.
O registro dos regimes operacionais facilitará na análise das
situações em que se exigir reuso em unidades de processos diferentes e
auxiliará na determinação da logística da racionalização.
24
2.3 CONSOLIDAÇÃO DO BALANÇO DE MASSA ORIGINAL
É a etapa em se reúne todas as informações da fase de coleta de
dados e faz-se a consolidação do balanço de massa. Como se sabe que
dificilmente ter-se-ão todos os dados plenamente confiáveis em uma planta
industrial madura, deve-se recorrer a ferramentas estatísticas, como a
reconciliação de dados, para fechar o balanço da forma mais satisfatória
possível. O balanço se constitui no instrumento de visualização da utilização da
água em todo o processo, sendo fundamental não só para seu gerenciamento
quanto para a primeira apreciação das medidas de minimização do uso de
água. Stoop (2001) considera que a ferramenta de trabalho mais importante no
gerenciamento da cadeia integral é o balanço de massa. Esta informação
mostra a eficiência do processo e as quantidades das correntes de resíduos
relacionadas, incluindo a água residuária.
2.4 DETERMINAÇÃO DO USO MÍNIMO DE ÁGUA NOVA
Algumas ferramentas têm sido apresentadas para a determinação do
uso mínimo de água nova. O que se deseja em todas é conseguir a condição
máxima de reuso, de forma que a entrada de água nova no sistema seja
minimizada, assim como a saída da água residuária. A abordagem
denominada de rede de reuso de água (wastewater reuse network), proposta
por Yang (2000) é uma dessas ferramentas. Uma vez medidas as vazões das
correntes de água dos diversos processos de uma unidade industrial, assim
como as concentrações dos componentes, as equações de balanço são
estabelecidas, considerando-se o conhecimento das transferências de massa
que ocorram nas operações. Em seguida, determina-se o balanço de massa
das correntes que deixam os processos, que se divide em saída para reuso
e/ou reciclo. Após as determinações das restrições de processo, têm-se as
condições para a modelagem. Esta abordagem pode ser aplicada rapidamente
utilizando os programas de otimização disponíveis no mercado, inclusive o
SOLVER do EXCEL para os casos mais simples. Uma das críticas a essa
ferramenta é que se pode não estar encontrando uma solução ótima, pois o
algoritmo utilizado opera sobre uma ampla superfície de respostas. Alva-
25
Argáez (1999) apresenta uma metodologia que combina percepções da
tecnologia pinch – água com a programação matemática linear. Seu propósito
é o de desenvolvimento de funções objetivas no estágio conceitual, onde uma
rede de processo ainda não foi desenvolvida. Para a minimização da água
nova e residuária, o conceito de perfil limite da água é empregado. Para
correntes com múltiplos componentes, os objetivos podem ser alcançados com
a ajuda de um programa denominado de mixed integer linear transshipment
formulation, que permite o desenvolvimento de rede de reuso otimizada. Já
Hallale (2001) apresenta um método gráfico para a minimização de água nova
e da água residuária. A abordagem é baseada em uma nova apresentação das
curvas compostas da água utilizada no método Pinch, que é uma técnica
utilizada para otimização de sistemas de troca térmica aproveitada para
sistemas com água, e no conceito de água excedente. Pessoa (2002) discute
a construção da curva composta, a obtenção do ponto de máximo reuso, a
utilização do método cascata e o diagrama de fontes de água. Apresenta um
procedimento algorítmico para a minimização de efluentes aquosos, que possui
a vantagem de ser aplicado através de cálculos manuais, sendo passível de
fácil implementação em computadores. Sua aplicação cobre desde diagramas
de fontes de água com apenas um contaminante até situações de múltiplos
contaminantes, considerando restrições de vazões no processo, regeneração
com reuso/reciclo. Após a definição do mínimo de água nova e de água
residuária, o procedimento permite a fácil determinação do fluxograma de
processo.
2.5 DETALHAMENTO DOS PROJETOS
Embora a utilização dos métodos matemáticos e dos recursos
computacionais facilite bastante a determinação de condições ótimas para a
conservação da água em alguns casos, reduzindo-se de forma parelha o
consumo de água nova e a água residuária, nem sempre podem apontar as
soluções práticas e econômicas para determinadas circunstâncias, em função
de condições especiais dos processos e dos efluentes gerados, tendo-se como
exemplos: elevada acidez ou basicidade, temperatura inadequada e
contaminantes de tratamento difícil. Além disso, também contribui com uma
26
certa dificuldade a logística das operações e as distâncias entre as fontes e
pontos de consumo em determinados tipos de plantas industriais, que não são
considerados nos métodos anteriormente citados.
As soluções para reuso e/ou reciclo exigem, em determinadas
situações, conhecimentos muito específicos sobre determinada matéria. Lewis
(2000) apresenta as propriedades que um carvão ativado tratado quimicamente
tem para adsorver cianetos, prata, cobre, cromo hexavalente, zinco e óleos e
graxas em efluentes, considerando determinadas concentrações limites. Já
Mcintyre (1993) discute os estudos sobre a utilização de água residuária de
refinaria de petróleo e da municipalidade como água de reposição nas torres de
resfriamento. Faz a caracterização de ambos os tipos de água, apresentando
as diferenças marcantes entre um tipo e outro de água residuária. Após
algumas intervenções nos tratamentos estabelecidos, obtêm-se ciclos de
concentrações razoáveis economicamente. Ritz (1996) também estudou a
reutilização de água residuária (tratada) da municipalidade em torres de
resfriamento de refinarias de petróleo e de plantas químicas e apresenta as
ações tomadas para o controle da corrosão, crescimento microbiológico e
deposição. Considera que este tipo de água pode ser utilizado com sucesso
nos sistemas de resfriamento, tornando-se necessários os seguintes cuidados:
identificação dos materiais que estarão em contato com a água de
resfriamento; verificar necessidade de pré-tratamento para redução ou
remoção de certos contaminantes; estabelecer o controle automático sobre
alguns parâmetros para minimizar possíveis transtornos que podem ocorrer ao
se utilizar este tipo de água. Eble (1992) faz uma avaliação da utilização da
água em refinarias de petróleo, apontando as condicionantes para a sua
conservação nos sistemas de refrigeração. Estabelece que pode ser mais
econômico reutilizar o efluente gerado dentro de uma mesma unidade do que
direcioná-lo para a planta de tratamento, especialmente se não for necessário
um tratamento intermediário. Verifica que a escolha do método de purificação
para a adequação da qualidade da água para reuso é uma etapa crítica,
considerando que em alguns casos é mais economicamente coerente fazer um
tratamento mínimo no próprio local da geração da água residuária, ao invés de
se juntar todos as correntes para o tratamento final em uma unidade de
27
tratamento de efluentes, que tornará o tratamento mais complexo e
dispendioso.
Freitas et al (2000) apresenta um protótipo do sistema denominado
de pacote de projeto de processo hierárquico, que integra procedimentos,
sistemas especialistas, organizações de bancos relacionais e paradigmas de
regras básicas para análise orientada por objetivos. Em resumo, trata-se de um
pacote de programas que tem a finalidade de preconizar os tratamentos para
os efluentes. Baseado na experiência tecnológica, as heurísticas são
estabelecidas em todos os níveis de decisão e são responsáveis por fixar a
estrutura, pelo estabelecimento das restrições e por eliminar o tratamento
menos viável ou adequado. Verifica-se, portanto, a preocupação em se
estabelecer uma ferramenta que determine o tipo tratamento do efluente.
Portanto, a síntese das metodologias discutidas recomenda, após a
determinação do balanço hídrico das unidades em estudo, a consideração das
seguintes etapas para a consecução dos projetos de minimização da utilização
da água: estudo do processo, verificando a finalidade da utilização da água em
cada operação unitária; avaliar possibilidade de fechar o circuito de utilização
da água na própria operação unitária (reciclo sem tratamento); avaliar a
possibilidade de reuso da água em outras operações unitárias da mesma
unidade operacional; avaliar possibilidades de reciclo e reuso com tratamento
em uma mesma unidade operacional; avaliar possibilidades de reuso, com ou
sem tratamento, entre unidades operacionais diferentes.
28
3 METODOLOGIA DO TRABALHO
O trabalho de pesquisa foi estruturado da seguinte forma:
revisão/atualização do balanço hídrico da metalurgia; seleção dos processos
para estudo das oportunidades para redução de água de alimentação e de
efluentes; construção dos diagramas de uso de água nos processos;
determinação da quantidade e da qualidade da água utilizada nos processos;
determinação das quantidades e qualidades dos efluentes dos processos;
avaliação de oportunidades de racionalização do uso da água nas operações
unitárias e entre as unidades de processo; avaliação econômica do
investimento e avaliação da utilização da água de chuva para alimentação de
unidades de processo.
A avaliação econômica é um dos componentes importantes na
consecução de um projeto. Esta foi realizada em cada oportunidade
vislumbrada para verificar se os padrões de desempenho do investimento
seriam atrativos e que ordem de priorização poderia ser dada na execução dos
projetos. Para efeito de linha de corte, considerou-se que o tempo de retorno
do investimento deveria ser menor ou igual a 5 anos e que a taxa interna de
retorno deveria ser maior do que 25%. Estes indicadores de desempenho são
apenas referenciais, uma vez que em pouco tempo a água deverá assumir
preços maiores do que os atuais, dadas as projeções consideradas na
introdução deste trabalho.
3.1 REVISÃO DO BALANÇO HÍDRICO DA METALURGIA
Objetivou-se ter uma visão geral do uso da água na metalurgia em
termos de quantidade de água nova entrando/efluente gerado no processo e o
grau de reuso/reciclo aplicado. As informações de consumo de água foram
extraídas do sistema de informação da empresa, que apresenta os consumos
medidos para algumas unidades e rateados para outras. O rateio é baseado
em informações de projetos e em trabalhos de investigação anteriores, onde
foram utilizados desde balde e cronômetro até aparelho de ultra-som para as
medições da vazões. O que se tem realmente bem monitorado é o volume
captado dos poços artesianos e o volume de efluentes enviado para a
CETREL. A medição do consumo de água não é feita em boa parte das
29
operações unitárias. Algumas operações unitárias até contavam inicialmente
com algum tipo de instrumento ou de controle, mas foram abandonados com o
passar do tempo, ficando o controle mais centrado no processo e no produto.
Os efluentes gerais das unidades de processo são razoavelmente monitorados
e representam uma boa aproximação do que é gerado em cada unidade.
Portanto, o balanço geral apresentado representa apenas uma aproximação
das entradas e saídas das correntes de líquidos das unidades de processo,
que podem ter informações seguras para algumas unidades e estimativas para
outras.
3.2 SELEÇÃO DOS PROCESSOS PARA ESTUDO
Considerando as dificuldades que seriam encontradas para se
abranger todo o complexo metalúrgico neste estudo de caso e as deficiências
de medição encontradas em algumas unidades de processo, decidiu-se
selecionar três unidades de processo que apresentassem condições favoráveis
às determinações das vazões de águas novas e de efluentes em suas
operações unitárias. Além disso, após a verificação preliminar das correntes de
água em cada unidade, decidiu-se concentrar os esforços de medição e
determinação da qualidade nas correntes de água que fossem representativas
com relação ao consumo de água nova/geração de efluentes. Esta seletividade
foi pautada nos fatores tempo e disponibilidade de recursos para a execução
das tarefas.
3.3 CONSTRUÇÃO DOS DIAGRAMAS DE USOS DA ÁGUA
Os diagramas foram desenhados para melhorar a qualidade de
identificação das correntes de água limpa e os respectivos efluentes, uma vez
que os desenhos de projeto disponíveis não revelam com a fidelidade
requerida a condição original, porque alguns fluxos de água de processo foram
redirecionados ou passaram a utilizar outros tipos de água. Os diagramas
levaram em consideração a finalidade do uso da água no processo e o tipo de
água disponível. O diagrama da Eletrólise se apresenta com um balanço
hídrico mais completo, em função de estudos mais detalhados efetuados em
2001 por BRAVO e SILVA (2002); já o balanço hídrico da Laminação
30
apresenta-se incompleto, dadas as dificuldades em se medir certos pontos que
apresentaram acesso difícil ou porque não tinham muita importância para o
interesse desta dissertação.
3.4 AVALIAÇÃO DA ÁGUA UTILIZADA NO PROCESSO
Conforme relatado anteriormente, a escolha das unidades de
processo para o estudo de caso levou em consideração as facilidades que se
teriam para efetuar as medições das vazões de interesse e a
representatividade da corrente no contexto da minimização da utilização da
água. Embora as unidades selecionadas tenham instrumentos de medição de
água e/ou de vapor entrando em seus processos, a maioria das operações
unitárias não conta com essa facilidade. Dessa forma, os métodos de medição
para essas situações consideraram o seguinte:
Nas operações em que se tem renovação contínua da água, em
quantidade representativa (acima de 3m3/h), sem perdas por
evaporação, procurou-se informações sobre a vazão recomendada no
projeto e verificou-se a vazão nominal com auxílio de baldes e
cronômetros, após a passagem da água pelo processo, considerando-se
possíveis perdas. A vazão média foi determinada pela apuração da taxa
de utilização da operação unitária;
Nas operações em que se tem renovação contínua da água, em
quantidade representativa, com perdas por evaporação, procurou-se
informações sobre a vazão recomendada no projeto e verificou-se a
vazão nominal por balanços, como no caso as águas de renovação das
torres de resfriamento, onde se pode chegar a bons resultados
baseando-se nos ciclos de concentração para os componentes
monitorados e o balanço térmico. A vazão média foi determinada pela
apuração da taxa de utilização da operação unitária;
Nas operações em que não ocorre renovação contínua da água, e sim
sua reutilização por algumas campanhas, verificou-se o padrão de
utilização da água em cada nova preparação e estimou-se a renovação
que se poderia ter em função da evaporação e vazamentos. Os padrões
31
de renovação são calculados a partir dos volumes de trabalho dos
tanques de processo em cada operação unitária.
Com relação à qualidade da água utilizada nas operações unitárias,
a empresa mantém uma rotina de análise que satisfaz as necessidades deste
estudo de caso. Pelo menos diariamente se tem a qualidade da água industrial
(que é a mesma da potável), da água desmineralizada e o perfil das águas das
torres de resfriamento. São monitorados também os condensados gerados na
unidade de Eletrólise, considerando a condutividade e o pH.
3.5 CARACTERIZAÇÃO DOS EFLUENTES DOS PROCESSOS
Conforme apresentado na Figura 1 abaixo, os efluentes dos
processos são enviados ou para a rede pluvial, de onde são direcionados para
a Central de Tratamento de Efluentes do Pólo Petroquímico de Camaçari -
CETREL ou para a UTE (Unidade de Tratamento de Efluentes) da empresa,
sendo o efluente resultante do tratamento também enviado para a CETREL. Os
efluentes da rede pluvial apresentam qualidade enquadrada dentro dos limites
da legislação. O efluente do processo da Laminação, resultado de suas várias
operações unitárias, é recebido na UTE e tem o seu volume apurado por
totalizador. Os efluentes da Eletrólise e do Laboratório são recolhidos em um
único poço de efluentes e são enviados para a UTE, onde ocorre a medição da
mistura resultante por instrumento de totalização. Nenhuma das unidades de
processo, incluindo o Laboratório, efetua a totalização ou medição de vazão
dos efluentes de suas operações unitárias. Para as determinações das
quantidades de água utilizada das operações selecionadas como prioritárias,
as verificações foram efetuadas com balde e cronômetro.
Os efluentes foram amostrados para a verificação de interesse, que
na maioria dos casos resumiu-se ao pH e concentrações de ácido sulfúrico,
cobre, arsênio, níquel e ferro.
32
Figura 1 – Diagrama das correntes de efluentes na metalurgia
3.6 AVALIAÇÃO DE OPORTUNIDADES DE RACIONALIZAÇÃO
Conforme citado anteriormente, buscou-se verificar a possibilidade
de redução do consumo de água nova e de efluentes na seguinte seqüência:
eliminação do uso; melhoria do controle operacional; reuso entre operações
unitárias da mesma unidade de processo e reuso entre unidades de processo
diferentes. O reciclo, com ou sem regeneração, também foi considerado neste
estudo de caso. A avaliação para a eliminação do uso da água consiste em
verificar a possibilidade de se executar o processo sem a sua utilização,
visando interpretar o processo e estudar a quebra do paradigma tecnológico.
Para a melhoria do controle operacional, foi feita a avaliação do status quo da
instalação, verificando-se a existência de instrumentos e/ou de procedimentos
de controle. Para o reciclo, reuso no mesmo processo unitário, considerou-se o
estudo da oportunidade de se reutilizar água com pequenas modificações nas
instalações e instalação de implementos que pudessem condicionar a água
para a tarefa. O reuso entre unidades de processo diferentes considerou a
oportunidade de se aproveitar uma água efluente de um outro processo que
apresentasse qualidade que atendesse ao padrão exigido.
FUNDIÇÃO UAS
UTE
REFINO ELETROLÍTICO
LAMINAÇÃO
UTILIDADES E LABORATÓRIO
CETREL
ÁGUA
ÁGUA
ÁGUA
ÁGUA
ÁGUA
BLEND
ÁGUAÂNODO
CÁTODO
VERGALHÃO
EFLUENTES
EFLUENTES
EFLUENTES
EFLUENTES
EFLUENTES
EFLUENTES
EFLUENTES
EFLUENTESPARA O OCEANO
33
Em função das peculiaridades da empresa, que possui grandes
áreas cobertas por telhados com sistemas de calhas instalados, prédios com
pés direitos altos e acompanhados em boa parte por pipes racks, decidiu-se
avaliar a representatividade do aproveitamento da água de chuva nas
operações. A avaliação da quantidade disponível considerou a média da
precipitação pluviométrica mês a mês, nos últimos vinte e dois anos, e a área
de coleta de cada prédio. A justificativa para a avaliação da água de chuva
coletada nos telhados é que essa água vai direto para o sistema pluvial e
acaba não fazendo parte do equilíbrio hídrico natural do ecossistema local, pois
toda água captada pela rede pluvial é enviada para a CETREL e de lá para o
mar, por meio do emissário submarino.
34
4 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS
4.1 DESCRIÇÃO SUMÁRIA DO PROCESSO PRODUTIVO
Para melhor compreensão das unidades que foram selecionadas
para estudo de oportunidades, faz-se uma descrição sumária do processo
dessa metalurgia de cobre, ilustrada pelo diagrama simplificado do fluxo de
processo da metalurgia, conforme apresentado na Figura 2 abaixo e em um
diagrama mais detalhado no Anexo A. Este complexo industrial tem sua linha
dorsal de produção constituída por três unidades principais: Fundição,
Eletrólise e Laminação. Uma outra unidade de processo de suma importância é
a Planta de Ácido Sulfúrico.
Figura 2 – Diagrama simplificado do processo metalúrgico
UAS PRODUTOS DO ENXOFRE
UTE
REFINO ELETROLÍTICO LAMA ANÓDICA E
SUBPRODUTOS
LAMINAÇÃO VERGALHÃO E FIO TREFILADO
EFLUENTES SÓLIDOS E LÍQUIDOS
GASES
ESCÓRIA GRANULADA
MISTURA DE CONCENTRADOS DE
COBRE
ESCÓRIA
ÂNODO
CÁTODO
SUC
ATA
S
EFLUENTES
EFLUENTES
EFLUENTES
FUSÃO / CONVERSÃO /
REFINO / MOLDAGEM
35
Na Fundição, os concentrados de minérios de cobre de várias
procedências são misturados e carregados com componentes auxiliares de
fusão, a mistura é levada à fusão e, após uma seqüência de processamentos,
o cobre é recuperado na forma de ânodo, com a pureza de 99,40%. Durante o
processamento são gerados escória granulada e gás SO2 (dióxido de enxofre),
que, após sua limpeza e resfriamento, é convertido em ácido sulfúrico em
reação catalítica com pentóxido de vanádio.
O cobre do ânodo é purificado por meio do processo de eletrólise. Os
ânodos e os cátodos são colocados em cubas de eletrólise, que recebem uma
solução de sulfato de cobre e ácido sulfúrico. Os cátodos são chamados
inicialmente de chapas de partida, pois são produzidas em um grupo de cubas
em que o tempo de deposição é de apenas 24 horas. Essas chapas possuem
espessura de cerca de o,7mm. Tanto para se produzir chapas de partida como
para o cátodo final, após 11 dias de deposição, o processo se dá pela
dissolução do ânodo pelo ácido sulfúrico presente no eletrólito e pela
transferência do cobre que se acumula no eletrólito para o cátodo. O fenômeno
só ocorre com a aplicação de corrente elétrica nas cubas de eletrólise. O
circuito elétrico é o seguinte: a corrente elétrica, que deve ser
preferencialmente contínua para se obter maior produtividade, entra pelos
ânodos; passa pelo eletrólito, com isso carrega os íons de cobre e saem pelos
cátodos, perfazendo todo o circuito em série para todas as cubas do circuito. O
processo permite elevar o teor de cobre de 99,4% (pureza do ânodo) para
99,99% no produto final, eliminando-se impurezas nocivas às propriedades
eletromecânicas do metal. Os subprodutos dessa unidade são a lama anódica,
que é composta por compostos insolúveis no banho eletrolítico, e os sais
solúveis no eletrólito que são recuperados em unidades de purificação.
Na Laminação, em primeiro lugar, promove-se a fusão dos cátodos
de cobre em um forno cilíndrico vertical. Em seguida, faz-se o lingotamento em
uma máquina especial, onde ocorre a formação de uma barra retangular. Por
último, realiza-se a produção do vergalhão com 8,0 mm de diâmetro através de
sucessivos estiramentos da barra. Na última fase desse processo, a superfície
desse material apresenta-se bastante oxidada, sendo necessário sua
decapagem, lavagem e proteção para se ter qualidade superficial adequada. O
vergalhão, que é comercializado na forma de uma bobina de espiras, destina-
36
se à fabricação de condutores elétricos, sendo aplicado em larga escala na
produção de eletroeletrônicos, telefonia, telecomunicações, na construção civil,
na indústria automobilística e no segmento de informática. Os processos são
controlados por análises químicas e físicas realizadas em laboratórios próprios.
4.2 BALANÇO HÍDRICO DA METALURGIA
Conforme descrito anteriormente, a metalurgia é formada por quatro
importantes unidades de processo: Fundição, Planta de Ácido Sulfúrico,
Eletrólise e Laminação, sendo que todas contêm várias operações unitárias,
que fazem uso intensivo de água. Para auxiliar o controle dos processos e
qualidade dos produtos, a empresa conta com um Laboratório Central, que
cobre todas as suas necessidades.
No Anexo B, apresenta-se uma apuração recente do balanço hídrico
da metalurgia. Este balanço é apenas uma boa aproximação da média de água
consumida nas unidades de processo e está ajustada pelas medições das
entradas e saídas gerais, em função das medições da água captada e do
efluente descartado serem considerados mais confiáveis. Na Figura 3 abaixo,
representa-se a síntese do balanço. O volume captado de água está em torno
de 350m3/h, enquanto a saída do efluente geral da metalurgia é de cerca de
200m3/h. Descontada a água de chuva, tem-se 117m3/h como a água que
efetivamente sai para efluentes, do total da água captada. Portanto, entre
perdas e evaporação há um total de cerca de 233m3/h, sendo uma boa parte
deste volume liberado para atmosfera pelas torres de resfriamento.
37
Figura 3 – Diagrama do balanço hídrico geral da metalurgia
1 - Água captada = 350 m3/h
2 - Água de chuva = 83 m3/h
3 e 4 - Água evaporada / infiltrada = 233 m3/h
5 - Efluente geral = 200 m3/h
4.3 SELEÇÃO DOS PROCESSOS
Considerando o prazo, os recursos e as limitações de informações
disponíveis para a execução deste estudo, verificou-se que não se poderia
cobrir integralmente o complexo metalúrgico. Portanto, para fins desta
pesquisa, selecionou-se três dessas unidades, objetivando-se buscar
integração interprocessos. A seleção das unidades baseou-se no melhor
conhecimento dos processos por parte do autor e na facilidade que se teria
para as medições, assim como disponibilidade de informações de vazões nos
limites de baterias dessas unidades e de análises químicas para o
monitoramento da rotina operacional. Dadas essas premissas, selecionou-se a
unidade de Eletrólise, a unidade de Laminação e o Laboratório. Além disso,
considerou-se estudar a captação e formas de utilização da água de chuva,
visto que o complexo metalúrgico possui algumas unidades com grandes
extensões cobertas.
METALURGIA1
2 3
5
4
38
4.4 DIAGRAMAS DE USO DA ÁGUA
Os diagramas de uso da água das unidades selecionadas foram
montados a partir de informações recentes das operações dos processos. Os
dados mais confiáveis foram obtidos de médias históricas de totalizadores e
por aproximações em algumas operações unitárias, fundamentadas pelos
dados de projetos, balanços e pela experiência dos técnicos que lidam com a
operação. Não se formatou um diagrama e nem um balanço para o
Laboratório, dadas as dificuldades que se teria para avaliar toda a malha de
utilização de água. As informações de balanço dessa unidade foram retiradas
de um documento interno da empresa datado de 1998. Esta unidade não tem
um totalizador em seu limite de bateria. Apenas para ilustrar as oportunidades,
selecionou-se quatro fontes de água, nas quais foram determinadas suas
vazões e qualidades, estudadas formas de reutilização e o retorno econômico e
ambiental.
4.4.1 Diagrama de uso da água na Eletrólise
Um levantamento de usos da água na Eletrólise foi efetuado em
2001 para um estudo da cobertura das cubas eletrolíticas (BRAVO e SILVA,
2002). Como para o referido estudo não foi necessária a verificação de todas
as entradas e saídas de água do processo, mas somente aquelas correntes
que interferiam no balanço de interesse, necessitou-se completá-lo com o
restante das informações para o estudo ora realizado. Naquele estudo ficaram
sem avaliações as vazões de água que entram e saem de alguns
equipamentos, como a água de resfriamento para os condensadores dos
evaporadores do sistema de retirada de níquel do eletrólito e a água de
resfriamento das bombas de vácuo da unidade de purificação do eletrólito,
além do balanço material da torre de resfriamento.
O diagrama apresentado na Figura 4 apresenta um resumo do
balanço hídrico do processo dessa unidade. Do total de água alimentada na
unidade, em suas diversas formas, têm-se as seguintes frações: 31,28% são
evaporadas no processo; 12,98% vão para a UTE; 37,76% saem na forma de
evaporação e perdas na torre de resfriamento; 16,04% retornam para a
39
caldeira como condensado puro. Conforme se pode ver no diagrama mais
completo do Anexo C, essa unidade faz um reuso bem acentuado do
condensado, aproveitando-o nas operações de lavagem e enviando-o para a
caldeira. De qualquer forma, o volume de água utilizado é bem expressivo e
somente vai reduzir com a cobertura das cubas eletrolíticas (BRAVO e SILVA,
2002) e com os outros reusos identificados neste trabalho.
Figura 4 – Diagrama do balanço hídrico geral da Eletrólise
1 - Água alimentada na unidade = 27,27 m3/h
2 - Água evaporada no processo = 8,70 m3/h
3 - Efluente líquido para UTE = 3,61 m3/h
4 - Condensado para caldeira = 4,46 m3/h
5 - Água evaporada na TR = 4,80 m3/h
6 - Efluente da TR = 5,70 m3/h
4.4.2 Diagrama de uso da água na Laminação
O diagrama simplificado da Figura 5 apresenta dados de entrada e
saídas de água da Laminação. A água, na maioria dos casos, é utilizada para
resfriar e/ou lubrificar, em operações de lavagem e para composição de
soluções/emulsões. Conforme se pode observar, algumas vazões não estão
anotadas, porque não se teve condição de avaliação para esta pesquisa. No
entanto, as vazões de alguns pontos que interessavam para os objetivos deste
ELETRÓLISE 1
2
3
5
4
TR
6
1
40
trabalho foram verificadas. Do total da água alimentada na Laminação, sendo
100% água industrial/potável, 52,11% são destinados para as torres de
resfriamento e 47,89% vão para os processos. Para efeito desta pesquisa,
avaliou-se um processo que utiliza cerca de 50% dos 47,89% utilizados em
suas operações unitárias. No Anexo D, pode-se ver um diagrama de utilização
de água mais detalhado dessa unidade de processo.
Figura 5 – Diagrama do balanço hídrico geral da Laminação
1 - Água alimentada na unidade = 37,60 m3/h
2 - Água evaporada no processo ?
3 - Efluente do processo selecionado para UTE = 13,30 m3/h
4 - Outros efluentes ?
5 - Água evaporada na TR = 14,30 m3/h
6 - Água efluente da TR = 4,20 m3/h
LAMINAÇÃO 1
2
3
5
4
TR
6
1
41
4.5 AVALIAÇÃO DE OPORTUNIDADES NO LABORATÓRIO
O Laboratório é uma unidade operacional que consome, em suas
diversas atividades, cerca de 3,0m3/h de água industrial e 2,0 m3/h de água
desmineralizada, conforme informação retirada de um relatório interno da
empresa (1998). Estas se apresentam com pelo menos três funções principais:
lavagem de vidrarias, resfriamentos diversos, composição de soluções
diversas e higiene humana. Para efeitos das avaliações deste trabalho, foram
selecionados o APARELHO DE RAIOS X , o DESTILADOR DE ÁGUA, os
aparelhos denominados LECO e o aparato para REFLUXO que processa a
digestão para análise da DQO.
4.5.1 APARELHO DE RAIOS X
A análise por espectrometria de raios X determina vários elementos
nas amostras de ânodos, escória, matte e blend. A emissão dos raios X é um
processo que ocorre com liberação de calor, sendo necessário o resfriamento
do dispositivo emissor dos raios. O resfriamento é realizado por um sistema
primário de água deionizada, que por seu turno é resfriada externamente por
água industrial/potável. São necessários cerca de 480L/h de água a 25oC para
essa finalidade. Essa água não entra em contado com contaminantes e, após a
sua utilização, é descartada para a rede pluvial sem sofrer qualquer alteração
química, devido à ausência de contato. Neste processo de resfriamento a
temperatura da água se eleva de 25oC para 30oC. Foi relatado que o
APARELHO DE RAIOS X sofre alguns desarmes por aquecimento no horário
da saída do pessoal do turno administrativo, provavelmente porque há uma
maior demanda de água para a higiene humana, o que faz cair a pressão da
rede de água do prédio do Laboratório. Durante a determinação da vazão da
água do aparelho, pode-se verificar que a água apresentava-se com a
aparência cristalina.
42
4.5.2 DESTILADOR DE ÁGUA
Um outro consumo identificado no Laboratório é o da água de
condensação do destilador. Este equipamento produz em média 90 litros de
água destilada por dia para atender as demandas por esse tipo de água. A
condensação da água destilada acontece por meio da passagem de água
industrial/potável à temperatura ambiente em uma camisa do condensador.
Esta água, na vazão de 270 litros por hora passa uma única vez e é descartada
para a rede pluvial, sem sofrer qualquer tipo de modificação na sua
composição. A taxa de utilização do equipamento é de 50%, correspondendo a
uma vazão média de 135 litros por hora, com temperatura de 40 oC. A vazão
praticamente não se altera, em função de se operar com uma mesma abertura
de válvula da linha de admissão de água. Durante as verificações de vazão,
pode-se observar que a água apresentava-se limpa, não se notando presença
visível de sólidos em suspensão.
4.5.3 Aparelho LECO
O LECO é um aparelho utilizado para a determinação de enxofre e
oxigênio, principalmente nas amostras de vergalhão de cobre. O processo no
aparelho exige o resfriamento por água e ar. O equipamento funciona
subordinado à operação da Laminação, portanto, sua taxa de utilização
operacional se assemelha à da Laminação, que é em média de 86%. O
consumo nominal por aparelho é de 2L/min e 4L/min, sendo o que consome
mais é a versão mais nova. Na avaliação prática da vazão de água utilizada,
contabilizou-se o consumo médio durante a operação de 2,2L/min para os dois
equipamentos, correspondendo a um consumo efetivo de 1,892L/min ou
113,52L/h. Esta água entra com a temperatura em torno de 25oC e sai a 27oC,
sem modificação alguma de suas características químicas. A água é enviada
para a rede pluvial. Não se verificou presença de sólidos em suspensão por
inspeção visual.
43
4.5.4 Aparato para REFLUXO
O aparato para REFLUXO se constitui em um balão de vidro
interligado a um condensador também de vidro e utiliza água para
condensação dos vapores da solução que é digerida para a determinação da
DQO. O consumo é de 1L/min para a operação por 2,5 horas por dia,
resultando em uma vazão média de 6,25L/h. A água entra e sai do sistema
sem sofrer qualquer alteração química e vai para a UTE, porque sai pela pia.
Sua temperatura pode se elevar de 25oC até 27oC. Assim como nos outros
aparelhos estudados, não se verificou presença de sólidos suspensos por
inspeção visual.
4.5.5 Avaliação da vazão total de água descartada
A soma total da vazão média de água descartada é de 0,735m3/h
(480 L/h + 135 L/h + 113 L/h + 6 L/h). Os APARELHOS DE RAIOS X e LECO
operam com maior constância, enquanto os aparelhos de destilação e o
aparato para REFLUXO são mais irregulares. Dessa forma, esperam-se picos
de vazão de 0,882m3/h, quando entrar o destilador, ou de 0,672 m3/h, quando
entrar o aparato para REFLUXO, evidentemente quando combinados com os
dois aparelhos mais regulares. A máxima vazão será de 0,942m3/h, quando
todos os aparelhos estiverem operando.
4.5.6 Avaliação das formas para economia de água
Com exceção da água de condensação do aparato para REFLUXO,
todas as águas são enviadas para uma caixa subterrânea que está ligada ao
sistema de águas pluviais, que vai para a barragem do cobre e de lá para a
CETREL. A água do aparato para REFLUXO cai em uma pia do Laboratório e
de lá vai para a UTE, como todas as águas das pias dos laboratórios do prédio.
Algumas formas para a redução do consumo dessas águas foram
preliminarmente avaliadas e estão descritas a seguir:
• A princípio, aventou-se a hipótese de reutilização pura e simples na rede
de distribuição de água do laboratório, considerando instalar uma
44
pequena cisterna com uma bomba que teria a linha de recalque
interligada à rede de água potável do Laboratório. Um contraponto
dessa idéia é o fato de que a rede de distribuição serve água potável
para os bebedouros instalados no local e também é utilizada para
banho. Portanto, apesar de não terem sido encontradas razões para
supor prováveis contaminações dessas águas, por medida de
segurança, não se continuou com o aprofundamento dessa idéia;
• O direcionamento dessas águas para uso nos vasos sanitários dos
banheiros do laboratório ou dos banheiros dos prédios vizinhos ao
Laboratório pareceu uma boa solução de reuso. No entanto, ao se
avaliar a provável demanda no Laboratório, verificou-se que o consumo
diário estaria muito aquém da quantidade de água ofertada por essas
fontes juntas. Conforme a Tabela 1, o consumo diário no Laboratório,
onde trabalham 37 pessoas no horário administrativo e 9 pessoas em
cada turno noturno de 8 horas, é de 1.650 litros, enquanto a oferta seria
de 17.630 litros. Mesmo que uma determinada quantidade dessa água
pudesse ser utilizada nas pias dos laboratórios, ainda assim sobraria
água para reuso. A utilização nos vasos sanitários dos banheiros dos
prédios vizinhos também poderia ser uma opção. Mas, o fato de se
constatar um relativo baixo consumo nessa aplicação no prédio do
Laboratório desencorajou a avaliação para os outros dois prédios
vizinhos, que contaria com público menor ou no máximo igual ao do
prédio do Laboratório. Adicionalmente, a malha de distribuição e as
instalações dos acessórios para operação e controle (retenções,
válvulas, etc) inviabilizaria economicamente o projeto. Além disso, a
utilização dessa água, que apresenta qualidade praticamente potável,
em vasos sanitários contraria o princípio de “substituição de fontes”, que
estabelece que nenhuma água de boa qualidade deve ser utilizada para
usos que tolerem água de qualidade inferior;
• Uma outra alternativa seria a de se coletar a água utilizada no
APARELHO DE RAIOS X em uma cisterna, bombeá-la para um tanque
instalado a uma determinada altura, que tivesse características de uma
torre de resfriamento, que seria refrigerada com a passagem natural do
ar, e de lá a água seria distribuída para os outros aparelhos e outros
45
usos, com reciclo ou não para a cisterna. A contraposição a essa idéia é
o fato de que a água teria que ser necessariamente tratada, para se
evitar o acúmulo de sólidos e o desenvolvimento de algas e bactérias na
torre de resfriamento, mesmo sendo apenas um projeto rudimentar.
Além disso, boa parte da água limpa seria, de qualquer maneira,
descartada para a rede pluvial;
• Os efluentes desses aparelhos poderiam servir de água de reposição
das torres de resfriamento do sistema de refrigeração. As torres se
encontram a cerca de 150 metros do ponto previsto de coleta dessas
águas e funcionam o tempo todo, o que se constituiria em um ponto de
demanda constante, que é bastante favorável ao reuso. Além disso, o
comprimento do trajeto e a simples transferência já reduziria a
temperatura da água efluente do Laboratório.
Tabela 1 – Consumo de água nos vasos sanitários do Laboratório
Turma Pessoas Total (L/dia) ADM 37 1.110
Turnos noturnos 18 540 1.650
Dados: 3 descargas/pessoa/dia e 10 litros por descarga, representando um
volume diário por pessoa de 30 litros.
A avaliação preliminar recomendou optar por estudar a utilização
dessas águas como água de reposição das torres de resfriamento do sistema
de refrigeração. Este sistema utiliza duas torres do tipo “Alpinas” para o
arrefecimento da água de condensação da unidade de refrigeração, sendo esta
água recirculada pela rede hidráulica por meio de bombas centrífugas. As
torres operam com um ventilador de pás múltiplas e um motor de 5HP de 6
pólos. As bacias das torres são interligadas e o retorno da água quente é
subdividido em dois, alimentando igualmente as duas. As torres apresentam
comprimento de 2.950mm, largura de 2.950mm e altura de 4.910mm.
46
A Tabela 2 mostra as condições de projeto e operacionais das torres
de resfriamento:
Tabela 2 – Dados de projeto e operação das torres de resfriamento Dados do projeto: Vazão total 102,0 m3/h Volume estático 18,0 m3
Temperatura da água nas entradas das torres 35,0 oC Temperatura da água nas saídas das torres 29,4 oC Temperatura de bulbo úmido 26,1 oC Consumo máximo de água esperado 2,0 m3/h Dados de operação: Temperatura da água nas entradas das torres 28,0 oC Temperatura da água nas saídas das torres 25,0 oC Evaporação 0,7 m3/h Perdas líquidas 0,3 m3/h Ciclo de concentração médio 5,0
Verifica-se que o volume de água de reposição da torre, água
evaporada mais perdas líquidas, de 1,0m3/h, é um pouco superior ao volume
médio do efluente que se está propondo reutilizar (0,73m3/h). Uma avaliação
bem simples das capacidades térmicas especificadas no projeto, na condição
operacional atual e na condição proposta, revela que as torres podem
perfeitamente absorver a carga de calor extra que virá com o aproveitamento
do efluente para água de reposição, conforme demonstrado abaixo:
47
Avaliação da carga térmica do projeto (Q1)
Considerando as condições de vazão de alimentação e as
temperaturas das águas de entrada e saída da torre de resfriamento, conforme
apresentado na Tabela 2, calcula-se a quantidade de calor que a torre de
resfriamento foi projetada para retirar da água proveniente do sistema de
geração de água gelada, aplicando-se a equação Q = M x Cp x (Te – Ts), onde
Q = quantidade de calor existente na água;
M = massa de água que entra na torre de resfriamento;
Cp = Capacidade calorífica da água;
Te = temperatura da água que entra na torre de resfriamento (água quente);
Ts = temperatura da água que sai da torre de resfriamento (água fria).
Para:
M = 102.000 Kg / h
Cp = 1,0 Kcal / kg oC
Te = 35,0 oC
Ts = 29,4 oC
Tem-se:
Q1 = 102.000kg/h x 1,0Kcal/kg oC x (35,0 – 29,4) oC = 571.200Kcal/h
Avaliação da carga térmica operacional atual (Q2)
Selecionando-se as condições praticadas atualmente, onde:
M = 102.000 Kg / h
Cp = 1,0 Kcal / kg oC
Te = 28,0 oC
Ts = 25,0 oC
Tem-se:
Q2 = 102.000kg/h x 1,0Kcal/kg oC x (28,0 – 25,0) oC = 306.000Kcal/h
48
Obs.: a vazão mássica da água que re-circula no sistema não foi medida. No
entanto, constatou-se que todas as condições/dimensões estabelecidas nos
projetos dos equipamentos (bombas e tubulação) mantiveram-se inalteradas.
Além disso, a pressão na linha de transferência do sistema de água gelada
para a torre de resfriamento ainda é a mesma que foi considerada no projeto.
Portanto, dadas essas verificações, considerou-se que a vazão é
aproximadamente àquela considerada no projeto.
Avaliação da carga térmica adicionada para a condição proposta (Q3)
A carga térmica adicional será aquela da água efluente menos a
carga térmica da água de reposição utilizada atualmente, que apresenta
temperatura de 25,0 oC, para a mesma massa de água que será substituída.
Para:
M = 0,73 Kg / h
Cp = 1,0 Kcal / kg oC
Te = 31,3 oC
Ts = 25,0 oC
Tem-se:
Q3 = 0,73 m3/h x 1.000kg/m3 x 1,0Kcal/kg oC x (31,3 – 25,0) oC = 4.628,2Kcal/h
Portanto, será adicionada uma carga térmica de 4.628,2 Kcal/h a um
sistema que foi projetado para operar com 571.200Kcal/h e que opera
atualmente retirando cerca de 306.000Kcal/h da água quente. Portanto, não há
dúvidas de que o sistema está plenamente capacitado para utilizar a água
efluente do Laboratório, tanto nos aspecto de volume e qualidade quanto no
aspecto térmico.
Conforme apresentado na Figura 6, as águas das quatro origens
deverão ser direcionadas por gravidade para uma nova caixa de coleta, tipo
uma cisterna, na área externa do Laboratório, perto da caixa atual, e de lá a
água, com uma temperatura média de 31,34 oC, deverá ser bombeada para
compor a reposição de água das torres de resfriamento, entrando pela parte
49
superior dessas. A nova caixa de coleta desses efluentes deverá ser adaptada
para garantir a qualidade da água de realimentação e a sua operacionalidade.
Deve ser previsto um tubo de transbordo da cisterna com ligação para a caixa
de águas pluviais, de forma que em eventuais falhas da bomba possam evitar
alagamentos nessa área e o funcionamento da bomba deve ser interrompido
ou acionado por meio de um comando por bóia de polipropileno com
chaveamento elétrico, conforme é amplamente utilizado. O sistema de
reposição de água instalado atualmente nas torres deve estar preparado para
fornecer a quantidade total de água de reposição em caso de falha da bomba
do efluente. Portanto, as bóias instaladas nas bacias das torres devem
permanecer em bom estado de conservação. A linha que ligaria a cisterna às
torres poderia ser instalada um pouco abaixo do chão (cota negativa), pois uma
boa parte do percurso é constituída por jardins.
Figura 6 – Desenho esquemático do reuso da água do Laboratório
1 - Destilador de água 2 - Aparelho de raios x 3 - Aparato para refluxo 4 - Aparelhos LECO 5 - Caixa de coleta de água para reuso 6 - Torres de resfriamento
1
2
3
4
5
ALA I ALA II
6
PRÉDIO DO LABORATÓRIO
50
4.5.7 Investimentos
Pelo o que se apurou, seriam necessários os investimentos listados
na Tabela 3. Os valores são aproximações e refletem os preços praticados no
mercado local.
Tabela 3 – Planilha de investimentos Investimentos (R$) Projeto: 2.000,00 Equipamentos e materiais: Caixa de coleta de efluentes de 1.000 litros 1.000,00 Bomba vertical (1,0m3/h) 1.250,00 Linha de PVC ¾” para transferência da água (200m de tubos) 500,00 Acessórios (joelhos, luvas, válvulas, etc) 500,00 Sensor de nível e comando ON/OFF para ligar/desligar a bomba 500,00 Instalação/montagem: Direcionamento da água do REFLUXO para a caixa de coleta 400,00 Direcionamento da água do aparelho LECO para a caixa de coleta 400,00 Instalação da bomba 600,00 Instalação da linha de PVC 800,00 SUBTOTAL 7.950,00 Contingências (10%) 795,00 TOTAL 8.745,00
4.5.8 Custos das águas efluentes
A água, após seu uso nas unidades operacionais, pode seguir dois
caminhos distintos: se apresentar um padrão de contaminação impróprio para o
descarte, será direcionada para a estação de tratamento de efluentes (UTE) e
de lá seguirá para reuso ou para a CETREL; se apresentar padrões adequados
para descarte, será enviada diretamente para a CETREL. Portanto, a depender
da qualidade da água, seu custo total poderá ser composto incluindo o
tratamento na UTE ou não. Assim, o custo da água utilizada pode ser
composto das seguintes formas:
51
• custo de captação e tratamento, mais o custo de descarte para a CETREL ;
• ou custo de captação e tratamento, mais custo de tratamento na UTE, mais
o custo de descarte para a CETREL.
4.5.9 Custos unitários
A Tabela 4 apresenta os principais custos unitários envolvidos,
fornecidos pelas divisões responsáveis pelas operações: DIUTI e DISULF.
Tabela 4 – Custos unitários relacionados à água
Item Custo (R$/m3)
Custo de captação da água industrial (1) 0,0934 Custo de tratamento na UTE (2) 0,1029 Custo de disposição na CETREL (3) 0,4181 Custo de tratamento da água nas torres (4) 0,4730
Observações:
(1) Considerado o valor fornecido pela DIUTI de R$0,075/m3, apurado no
período de jan a mai/00 e corrigido pela inflação (IGP-DI) de 5,35%
(metade do ano de 2000), 10,5% em 2001 e 7,0% em 2002;
(2) Simbolicamente, adotou-se o valor de R$0,1029/m3, que representa 1%
do valor calculado pela DISULF para o tratamento do efluente ácido. O
excesso da água na UTE prejudica as operações, por reduzir o tempo
de residência do efluente no sistema, aumentando o custo operacional
como um todo, por conseqüência;
(3) Informado pela DIUTI em 20/12/2002;
(4) Considerado o valor de R$0,38/m3, corrigido pelos mesmos índices de
inflação aplicados à água industrial.
4.5.10 Custo da água descartada (CAD)
A Tabela 5 abaixo apresenta a soma dos custos a que cada efluente
está sujeito na situação atual e o somatório para os quatro efluentes. Na
52
verdade, pode-se verificar que o impacto do custo de tratamento na UTE é
mínimo, pois a contribuição para o custo total viria apenas do efluente do
REFLUXO, que apresenta o menor volume.
Tabela 5 – Composição dos custos para cada tipo de efluente Origem da
água Temperatura
da água
Volume anual
Custo da água
industrial
Custo de tratamento
na UTE
Custo CETREL
Custo total por ponto de consumo
oC m3 R$/ano R$/ano R$/ano R$/ano Raios X 30 4.147,20 387,35 - 1.733,94 2.121,29 LECO 27 980,81 91,61 - 410,08 501,69 Destilador 40 1.166,40 108,94 - 487,67 596,61 REFLUXO 27 54,00 5,04 5,55 22,58 33,17 TOTAL 6.348,81 592,94 5,55 2.654,27 3.252,76
4.5.11 Custo operacional de reuso da água (CORA)
Considera-se como custo de reuso da água para a utilização
proposta o custo com a energia elétrica para seu bombeamento para a torre e
com a manutenção da bomba. No fluxo de caixa que deve ser montado, as
entradas (receitas) serão representadas pelo o que se vai economizar com
volume de água que deixa de ser descartado. As saídas (despesas) são
representadas pelo gasto com a energia elétrica a ser consumida e as
despesas de manutenção da bomba e instalações.
Para o caso da manutenção da bomba, considerou-se 3% ao ano
sobre o valor atual do equipamento, resultando em R$37,50/ano. O custo com
energia será de R$79,21/ano, baseado em um motor de 0,25CV e custo médio
da energia elétrica de R$0,04986/KWh. O custo total seria de R$116,71/ano.
53
4.5.12 Resultados da avaliação econômica do investimento
No Anexo E, pode-se verificar o fluxo de caixa montado para a
avaliação do investimento. Conforme os cálculos, o retorno do investimento
dar-se-ia em 2 anos e 9 meses, portanto cerca da metade daquele tomado
como referência de 5 anos. A TIR será de 34,14%, portanto, acima daquela
tomada como referência ou padrão de aceitação de 25%.
4.6 AVALIAÇÃO DE OPORTUNIDADES NA ELETRÓLISE
A Eletrólise é uma grande usuária de água na metalurgia, devido,
principalmente, à necessidade de reposição de água perdida na evaporação,
causada pelo aquecimento do eletrólito, que deve ser mantido em uma
determinada faixa de temperatura que beneficie sua condutividade elétrica. A
Figura 7 apresenta um diagrama do processo da Eletrólise. A área focada
neste trabalho é a da purificação do eletrólito, onde são retirados do eletrólito
principalmente cobre, arsênio, níquel, antimônio e bismuto.
Figura 7 – Diagrama de processo da Eletrólise
PRODUÇÃO DE CHAPAS DE PARTIDA DE
COBRE
PRODUÇÃO DE CÁTODOS
PREPARAÇÃO DOS ÂNODOS DE
COBRE
CÁTODOS DE COBRE PARA
LAMINAÇÃO OU VENDA
SUCATAS DE COBRE PARA A
FUNDIÇÃO
TRATAMENTO DA LAMA ANÓDICA
LAMA ANÓDICA E TELURETO DE
COBRE
PURIFICAÇÃO DO ELETRÓLITO
SUCATAS DE COBRE E LAMA DE
COBRE PARA FUNDIÇÃO
SULFATO DE NÍQUEL
BIHIDRATADO PARA VENDA
EFLUENTE LÍQUIDO
ELET
RÓ
LITO ELETRÓLITO
ÂNODOSCHAPAS DE PARTIDA
LAMA ANÓDICA + ELETRÓLITO
54
Um estudo para a cobertura das cubas eletrolíticas com tecido de
poliéster foi realizado (BRAVO e SILVA, 2002), sendo assunto de uma
monografia do Curso de Especialização em Tecnologias Limpas da Escola
Politécnica da Universidade Federal da Bahia. O estudo apontou a
possibilidade de se cobrir as cubas, mantendo-se o controle do inventário de
líquidos no sistema, com uma redução de cerca de 40%da vazão de água
utilizado na operação. O estudo também apontou como sobrepujar o problema
da degradação de um dos aditivos, acelerada pela maior conservação do calor
nas cubas. Como resultados adicionais significativos esperados, ter-se-iam:
redução do consumo de vapor com a conseqüente redução da queima de óleo
combustível na caldeira auxiliar, gerando uma economia estimada em cerca de
R$500.000,00/ano, com base no ano de 2001; redução da exposição dos
trabalhadores aos vapores ácidos emanados pela evaporação da água do
eletrólito. Este trabalho, no entanto, não abrangeu alguns equipamentos ou
sistemas que não interferiam no controle do volume estático de líquidos dessa
unidade de processo, embora fossem percebidas algumas nuances de
desperdícios. Essas unidades passaram a ser assunto de estudo neste
trabalho e estão representadas no diagrama da Figura 8 abaixo. Os
equipamentos focados neste trabalho são: a bomba de vácuo que serve ao
filtro caixa que separa a lama de cobre no processo de retirada de arsênio do
eletrólito e as bombas de vácuo que servem aos evaporadores que concentram
o eletrólito (já sem o cobre e parte do arsênio) para a recuperação de níquel,
na forma de sulfato de níquel dihidratado.
55
Figura 8 – Diagrama do processo de purificação do eletrólito
4.6.1 Bombas de vácuo dos evaporadores
Conforme apresentado no diagrama da Figura 9, o processo de
recuperação de níquel, através da evaporação da água do eletrólito e
precipitação do sulfato formado, é conduzido sob vácuo em evaporador de
circulação forçada, de forma que se possa trabalhar com maior rendimento
térmico e com uma temperatura mais baixa, que reduz a corrosividade que o
ácido sulfúrico apresenta em altas concentrações e em altas temperaturas.
Mesmo assim, o material usado no corpo do evaporador de aço carbono é um
tijolo antiácido e todos os acessórios do sistema utilizam materiais resistentes
ao ácido sulfúrico, incluindo o trocador de calor que utiliza tubos de grafite.
P RODUÇÃ O DE CÁ TODOS
P RIM E IRA RE TIRA DA DE
COB RE DO E LE TRÓLITO
S UCA TA S DE COB RE P A RA
FUNDIÇÃ O
S ULFA TO DE NÍQUE L P A RA
V E NDA
RE TIRA DA DE COB RE E A RS E NIO
ELET
RÓ
LITO
E LE TRÓLITO
E LE TRÓLITO
RE TIRA DA DE NÍQUE L
S UCA TA S DE COB RE E
RE S ÍDUOS P A RA FUNDIÇÃ O
E FLUE NTELÍQUIDO
E LE TRÓLITO
56
Figura 9 – Diagrama do sistema de retirada de níquel do eletrólito
As bombas de vácuo retiram o ar do sistema de evaporação,
passando por um silenciador, que tem a função de reduzir o ruído no local de
trabalho, como a própria denominação sugere. O silenciador é alimentado por
um fluxo contínuo de água de resfriamento, sendo o objetivo original o de
promover a condensação do líquido trazido junto com o ar pela bomba de
vácuo, para evitar a formação de gotículas de ácido em sua liberação para a
atmosfera. Escolheu-se a água da torre de resfriamento para a refrigeração
tanto da bomba de vácuo, que funciona pelo princípio do anel líquido, quanto
para o silenciador. A vazão estabelecida no projeto para a água de
resfriamento de cada bomba de vácuo é de 3,0m3/h. Tanto as águas de
resfriamento das bombas de vácuo quanto as que são alimentadas no
silenciador, mais o condensado formado neste, são drenadas para uma linha
de dreno e enviadas para a UTE, portanto, não retornam para a torre de
resfriamento.
As medições na área estão indicadas na Tabela 6. Como a
substância que deveria estar mais acentuadamente presente no ar aspirado
pelas bombas de vácuo deveria ser o ácido sulfúrico, devido à sua alta
concentração na solução do corpo do evaporador, escolheu-se verificar
inicialmente o pH, que é um método que denunciaria imediatamente a
presença de ácido arrastado pelo ar. Conforme pode ser verificado, o pH da
água na bacia da torre de resfriamento apresenta um valor apenas levemente
CONDENSAÇÃO DOS VAPORES
EVAPORAÇÃO / CRISTALIZAÇÃO DO
SULFATO DE NÍQUEL
BOMBAS DE VÁCUO
SULFATO DE NÍQUEL PARA
VENDA
SEPARAÇÃO POR CENTRIFUGAÇÃO
VAPOR
SOLUÇÃO
EFLUENTELÍQUIDO
PARA A UTE
SOLUÇÃO-MÃE
ÁGUA FRIA DA TR ÁGUA QUENTE PARA TR
VAPOR CONDENSADO
ÁGUA FRIA DA TR ÁGUA QUENTE PARA UTE
SILENCIADOR
GÁS PARA A ATMOSFERA
ÁGUA FRIA DA TR ÁGUA PARA UTE
ELETRÓLITO
57
superior ao daquele encontrado na água do silenciador, o que determina,
embora não expressamente, o arraste de uma pequena quantidade de ácido
pelo ar succionado.
Além das determinações de pH em amostras das águas das bombas
de vácuo dos evaporadores e da torre de resfriamento (TR-682-03), foram
realizadas análises químicas de contaminantes típicos do processo em ambos
os pontos de interesse, para que se pudesse verificar em que níveis poderiam
estar esses contaminantes. Conforme pode ser observado na Tabela 7, as
variações das concentrações dos contaminantes se dão na mesma escala em
ambos os pontos. O arsênio responde pelos maiores valores de concentração
dos contaminantes nas águas das bombas de vácuo, uma vez que este é um
constituinte do eletrólito e alcança uma alta concentração nos evaporadores,
podendo chegar a 80g/l na água-mãe, o que justifica sua presença relevante no
ar arrastado pela bomba de vácuo. De qualquer forma, a simples verificação
nos resultados da água da torre de resfriamento mostra que há também um
certo convívio com essa impureza nesse equipamento, embora não se saiba de
que forma o arsênio é incorporado nessa água.
Conforme pode ser visto na Tabela 6, a vazão da água que sai da
bomba de vácuo e do silenciador é bastante irregular. Isto está relacionado
com o estado de conservação dos equipamentos e dos rotâmetros que indicam
a vazão de água adotada. Além disso, pode-se observar a válvula da água
aberta, mesmo quando a unidade está parada. Para se ter um valor
aproximado da vazão média de água que passa pelas bombas de vácuo e
pelos silenciadores, verificou-se os dados de volume diário de água de
reposição da torre de resfriamento da unidade (TR-682-03) de agosto de 2002
informados pela DIUTI. A diferença de vazão de água de reposição da torre de
resfriamento com a área operando e não operando foi de 4,6m3/h, o que se
aproxima um pouco das condições recomendadas em projeto que é de 3,0m3/h
para cada bomba, totalizando 6,0m3/h.
58
Tabela 6 – Medições nas bombas de vácuo dos evaporadores
Data Hora Volume (l)
Tempo (s)
Vazão (m3/h)
pH pH AGR
Condições operacionais dos Separadores
15/10/02 16:20 1,0 1,6 2,25 7,79 - Planta parada. 16/10/02 11:00 - - - 7,87 7,99 Em operação SEP-01 17/10/02 10:00 1,2 1,04 4,15 7,80 7,88 Em operação SEP-01 18/10/02 10:30 1,2 14,3 0,30 7,68 8,02 Em operação SEP-01
Média 7,79 7,96 Tabela 7 – Qualidade da água efluente dos equipamentos
LOCAL Cu (ppm)
Ni (ppm)
Fe (ppm)
As (ppm)
TR-682-03 <0,10 <0,10 1,20 0,14
B-20/23 0,11 <0,10 1,30 1,77
TR-682-03 0,12 <0,10 <0,10 1,28
B-20/23 <0,10 <0,10 0,11 1,74
TR-682-03 <0,10 <0,10 0,51 0,14
B-20/23 0,14 <0,10 0,80 0,18
TR-682-03 0,12 <0,10 <0,10 0,08
B-20/23 <0,10 <0,10 <0,10 0,03
TR-682-03 <0,10 <0,10 <0,10 <0,10
B-20/23 <0,10 <0,10 <0,10 <0,10 4.6.1.1 Avaliação das formas para economia de água
A razão para que as águas que passam por esses equipamentos não
retornem para a torre de resfriamento pode estar relacionada às grandes
deficiências iniciais do projeto, que ocasionavam sucessivos descontroles de
nível, deficiência na retirada do produto e aos grandes transtornos ocasionados
pelas quebras consecutivas dos tubos de grafite, devido aos choques térmicos.
A constatação disso é trazida pelos registros das modificações do projeto, uma
vez que foi necessário fazer a elevação do corpo do evaporador, para que a
nova altura barométrica permitisse a retirada de produto pela base do
59
equipamento. Além disso, o sistema apresentava deficiência de controle, que
operava comandado por um sistema analógico e não raramente poderia haver
grandes arrastes de ácido no ar extraído pelas bombas de vácuo. Atualmente,
o sistema conta com um sistema de controle digital mais confiável e o grande
problema de controle de nível foi melhorado, em função da adoção de um
indicador de nível do tipo radar. Vale ressaltar que atualmente o arraste de
grandes quantidades de ácido é considerado um evento raro. Para haver algum
tipo de inundação do condensador, que justifique o arraste de grande
quantidade de ácido pelo ar succionado pelas bombas de vácuo, antes já
deveriam ser percebidas pelo operador graves oscilações na indicação de
nível, queda da temperatura e indicação de anormalidades na pressão de
vácuo.
Em função dos valores medidos e das condições operacionais mais
favoráveis atualmente, recomenda-se o retorno das águas utilizadas nas
bombas de vácuo (B-563-20 e B-563-23) para a torre de resfriamento (TR-682-
03). Outras opções de reuso foram avaliadas, mas esbarraram em problemas
de logística e impropriedade da qualidade para reuso.
4.6.1.2 Investimentos
Embora se tenha uma linha de retorno da água de resfriamento para
a torre (TR-682-03) bem próxima ao local em que estão instaladas as bombas
de vácuo, não se pode assegurar que bastaria apenas interligar a linha de
saída das bombas de vácuo e silenciador a essa linha, porque a pressão pode
não ser suficiente, e parece não ser, para o fluxo seguir adiante. Uma
alternativa, já que a linha está no piso superior da área de processo, seria a de
direcionar este fluxo de água até o poço de retorno de água de resfriamento
localizado perto das baias dos retificadores, a cerca de 100 metros do local. A
Tabela 8 apresenta uma estimativa de investimento para esta opção. Não se
incluiu uma bomba na lista de investimentos pelo fato de haver quota suficiente
para o envio por gravidade.
60
Tabela 8 – Planilha de investimentos Investimentos Custo (R$) Projeto: 1.000,00 Equipamentos e materiais: Linha de PVC ¾” para transferência da água (100m de tubos) 250,00 Acessórios (joelhos, luvas, válvulas, etc) 500,00 Instalação/montagem: Instalação da linha de PVC 800,00 SUBTOTAL 2.550,00 Contingências (10%) 255,00 TOTAL 2.805,00 4.6.1.3 Custo da água descartada
Baseado nos custos unitários apresentados na Tabela 4, o custo
embutido nessa água descartada é a soma dos custos de captação, do custo
de tratamento na torre de resfriamento, do custo de tratamento na UTE e mais
o custo de descarte para a CETREL das águas das duas bombas. Para efeito
de padronização do consumo de água nessas bombas, será admitida a vazão
de água recomendada no projeto e não a operacional, que apresenta muitas
irregularidades.
Para:
No de bombas = 2
Vazão de água por bomba =3,0 m3/h
Taxa de Utilização da unidade (TU) de 01/00 a 05/01 = 0,67
Custo de captação = 0,0934 R$/m3
Custo de tratamento da água na torre de resfriamento = 0,4730 R$/m3
Custo de tratamento na UTE = 0,1029 R$/m3
Custo de descarte para a CETREL = 0,4181 R$/m3
61
Tem-se o seguinte custo anual:
2 x 3,0m3/h x 0,67 (TU) x (0,0934 + 0,4730 + 0,1029 + 0,4181) R$/m3 x 24h/dia
x 30 dias/mês x 12 meses/ano = R$37.768,45/ano.
Obs.: A vazão de 3,0m3/h de água para a bomba de vácuo está recomendada
no manual de operação da planta preparado pelo CEPED.
Este custo, portanto, representará a economia que se terá ao deixar
de descartar este efluente.
Os dados da TR-682-03 informados pela empresa contratada para o
tratamento das águas das torres de resfriamento são os seguintes: descarte de
5,7 m3/h; taxa de evaporação de 4,8 m3/h; ciclo de concentração de 1,85.
Segundos esses dados, a vazão de água de reposição é de 10,5m3/h. Nota-se
que o ciclo de concentração é muito baixo, representando maior consumo de
reagentes, ou desperdício de reagentes e baixa qualidade de proteção. Para se
ter um melhor entendimento disso, pode-se comparar a relação entre o volume
da água de reposição e o descarte desta torre de resfriamento com a relação à
encontrada na torre de resfriamento do sistema de refrigeração, que é uma
torre bem ajustada: nesta última, a relação é de 1,0/0,3 = 3,33 e na torre que
serve a Eletrólise a relação é de 10,5/5,7=1,84. Se estivesse sendo praticada a
mesma relação na torre da Eletrólise, guardadas as devidas diferenças nos
projetos de cada uma, ter-se-ia um descarte de 10,5/3,33 = 3,15m3/h. A
diferença de 5,7 – 3,15 = 2,55m3/h representa o excesso de descarte que esta
torre está submetida, devendo ser a vazão mais perto da real da água que está
sendo descartada pelas bombas de vácuo. Com essa avaliação, a vazão de
água de reposição da torre de resfriamento deverá cair de 10,5m3/h para cerca
de 7,95m3/h.
4.6.1.4 Custo operacional de reuso da água
Será considerado apenas o custo de recalque da água, ou seja, o
custo com energia elétrica, tomado como sendo aproximadamente 4 vezes o
62
custo apurado para o efluente do Laboratório. Dessa forma, ter-se-ia cerca de
300,00R$/ano.
4.6.2 Bomba de vácuo do filtro de lama cúprica
Na Figura 10, representa-se esquematicamente a bomba de vácuo
que é utilizada para reduzir o tempo de secagem da lama cúprica em um filtro
caixa. Esta lama é drenada periodicamente das cubas de retirada de cobre e
arsênio do eletrólito, meio pelo qual se faz a sua purificação. Após ocorrer a
passagem de quase a totalidade do eletrólito a ser filtrado, aciona-se a bomba
para completar a secagem. A bomba é refrigerada por água potável a uma taxa
média de 5,0m3/h. Esta água é enviada para um poço de dreno e as
verificações de vazão estão apresentadas na Tabela 9.
Figura 10 – Diagrama da separação da lama de cobre
Vale ressaltar que a água é admitida para a bomba sem controle da
vazão, uma vez que não há rotâmetro instalado.
Conforme pode ser verificado na Tabela 9, o pH da água na saída da
bomba é praticamente igual ao da água potável, que gira em torno desse valor.
Os resultados das análises químicas apresentados na Tabela 10 ratificam a
qualidade praticamente inalterada dessa água. As temperaturas das amostras
sempre estiveram em torno de 25oC, indicando não haver alteração da
temperatura de entrada, o que sugere que o volume de água utilizado seja
além do necessário.
SUCATAS DE COBRE PARA
FUNDIÇÃO
RETIRADA DE COBRE
E ARSENIO
ELETRÓLITO
RETIRADA DE NÍQUEL
FILTRO CAIXA
ELETRÓLITO
LAMA DE COBRE PARA
FUNDIÇÃO
BOMBA DE VÁCUO
ÁGUA
INDUSTRIAL / DESMI
ÁGUA PARA UTE
GÁS P/A ATM
63
Tabela 9 – Água utilizada na bomba de vácuo B-563-18
Data Hora Volume
(L) Tempo
(s) Vazão (m3/h) pH
15/10/02 16:10 42,5 29,43 5,20 7,02
16/10/02 11:00 42,5 30,19 5,07 7,59
17/10/02 10:00 42,5 31,30 4,89 7,54
18/10/02 10:30 42,5 31,54 4,85 7,53
18/11/02 15:30 42,5 30,22 5,06 7,41
MÉDIA 5,01 7,42
Tabela 10 – Análise química das águas da B-563-18 e TR-682-03
LOCAL Cu (ppm)
Ni (ppm)
Fe (ppm)
As (ppm)
TR-682-03 0,12 <0,10 <0,10 0,08
B-563-18 <0,10 <0,10 <0,10 0,07
TR-682-03 <0,10 <0,10 <0,10 <0,10
B-563-18 <0,10 <0,10 <0,10 <0,10
4.6.2.1 Avaliação das formas para economia de água
O primeiro passo para a racionalização do uso da água neste
equipamento seria o de se verificar a vazão de água especificada para a
bomba, no sentido de comparar a vazão de operação com a de projeto. Como
não se pode obter informações de projeto deste equipamento, partiu-se para
avaliações experimentais, resultando na constatação que se poderia praticar
vazões menores do que às praticadas costumeiramente.
O segundo passo seria o de se avaliar a oportunidade de se utilizar
esta água como água de reposição da torre de resfriamento (TR-682-03). Esta
opera com uma taxa de reposição de água considerada alta, dado o baixo ciclo
de concentração informado pela empresa que presta o serviço de controle das
torres de resfriamento na metalurgia. Mesmo quando estiver sendo praticado o
retorno da água utilizada nas bombas de vácuo B-563-20/23, a vazão de
64
reposição da torre de resfriamento cairia de cerca de 10,5m3/h para cerca de
7,95m3/h, o que possibilitaria plenamente a reutilização dessa água, reduzindo
a necessidade de reposição na torre com a sua própria linha de reposição. Vale
ressaltar que o retorno das águas das bombas de vácuo do evaporador para a
torre de resfriamento vai resultar em um novo ciclo de concentração e re-
adequação do seu balanço.
4.6.2.2 Investimentos
Para reutilizar essa água, será necessário reavaliar a capacidade da
bomba do poço de dreno da água de refrigeração que fica perto das baias dos
retificadores, uma vez que se está propondo enviar os 6,0m3/h das bombas
563-20/23 e os 5,0m3/h da B-563-18, perfazendo o total adicional nominal de
11,0m3/h. Além disso, será necessário fazer o encaminhamento da linha até o
poço da água de refrigeração, perto das baias dos retificadores. Recomenda-
se a instalação de um condutivímetro ou pHmetro, com alarme no painel, para
sinalização de aumento da condutividade ou redução brusca de pH, que
porventura possa ocorrer com as águas das bombas de vácuo. A Tabela 11
apresenta a planilha resumida da estimativa de investimentos necessários para
permitir a transferência dessas águas. O diagrama
Figura 11 – Diagrama do reuso das águas das bombas de vácuo
BOMBA DE VÁCUO DOS
EVAPORADORES
POÇO DE DRENO DA ÁGUA DE
REFRIGERAÇÃO
BOMBA DE VÁCUO DO FILTRO CAIXA
ÁGUA
INDUSTRIAL / DESMI
ÁGUA FRIA DA TR
ÁGUA DE REFRIGERAÇÃO
DE OUTROS EQUIPAMENTOS
ÁGUA QUENTE
ÁGUA QUENTE
ÁGUA QUENTE P/A TR
ÁGUA FRIA DA TR
65
Tabela 11 – Planilha de investimentos Investimentos Custo (R$) Projeto: 2.900,00 Equipamentos e materiais: Bomba centrífuga horizontal (15,0m3/h) 10.000,00 Linha de PVC 1” para transferência da água (100m de tubos) 350,00 Acessórios (joelhos, luvas, válvulas, etc) 500,00 Sensor de nível e comando ON/OFF para ligar/desligar a bomba 500,00 Condutivímetro (unidade remota) 10.360,00 Instalação/montagem: Instalação da bomba 800,00 Instalação da linha de PVC 800,00 Instalação do condutivímetro 800,00 SUBTOTAL 27.010,00 Contingências (10%) 2.701,00 TOTAL 29.711,00
4.6.2.3 Custo da água descartada
Como se trata de água industrial/potável, seu custo é composto pelo
custo da captação/tratamento da água potável, mais o custo do tratamento na
UTE, mais o custo de disposição na CETREL. A taxa de utilização da bomba é
de cerca de 20% do tempo.
Para:
No de bombas = 1
Vazão de água por bomba =5,0 m3/h
Taxa de Utilização da unidade (TU) de 01/00 a 05/01 = 0,20
Custo de captação = 0,0934 R$/m3
Custo de tratamento na UTE = 0,1029 R$/m3
Custo de descarte para a CETREL = 0,4181 R$/m3
66
Tem-se o seguinte custo anual:
5,0m3/h x 0,20 x R$ (0,0934 + 0,1029 + 0,4181) /m3 x 24h/dia x 30dias/mês
x 12meses/ano = R$5.308,42 / ano
4.6.2.4 Custo operacional de reuso da água
O custo de reuso da água deve ser o relativo ao consumo da energia
elétrica para seu recalque, somado ao custo de manutenção da bomba e do
condutivímetro, estimado em 3% ao ano sobre os valores desses
equipamentos. Assim, em uma aproximação do que foi avaliado para a
B-563-20/23, o valor estimado para o gasto com energia seria de R$500,00 /
ano e o custo com manutenção de R$611,00 / ano, o que perfaz um total de
R$1.111,00 / ano.
4.6.2.5 Resultados da avaliação econômica
A Tabela 12 apresenta um resumo do que deverá ser investido, do
custo de descarte da água, do custo para reuso da água e dos indicadores de
resultados econômicos, como o tempo de retorno do investimento e a TIR,
conforme calculados no fluxo de caixa apresentado no Anexo F, para as
oportunidades verificadas na Eletrólise.
Tabela 12 – Resumo da avaliação econômica para a Eletrólise
Parâmetro Valor Investimentos R$32.516,00 Custo da água descartada R$43.076,87/ano Custo de reuso da água R$1.411,00/ano Tempo de retorno do investimento 9 meses Taxa Interna de Retorno 128,11%
67
4.7 AVALIAÇÃO DE OPORTUNIDADES NA LAMINAÇÃO
O diagrama na Figura 12 apresenta a seqüência de processo na
Laminação. Esta unidade responde por um consumo de água de 37,6m3/h,
indicado pelo totalizador instalado em seu limite de bateria. Praticamente
metade dessa água (18,5 m3/h) é consumida nas duas torres de resfriamento
que servem os processos da unidade. A torre 4 tem parte da água evaporada
no próprio processo, devido ao contato com a superfície do cobre à elevada
temperatura. Da outra parte, 19,1 m3/h, cerca de 15,0 m3/h são efetivamente
utilizados no processo de decapagem e lavagem do vergalhão. Neste trabalho,
selecionou-se a unidade de decapagem/lavagem para verificar oportunidades
de racionalização do uso da água.
Figura 12 – Diagrama do processo da Laminação
F U S Ã O D O S C Á TO D O S
LIN G O TA M E N TO
C Á TO D O S
LA M IN A Ç Ã O / E S P IR A LA M E N TO
D E C A P A G E M D O V E R G A LH Ã O
LA V A G E M D O V E R G A LH Ã O
A P LIC A Ç Ã O D E A N TI-O XID A N TE
E M B A LA G E M
TO R R E D E R E S F R IA M E N TO
TO R R E D E R E S F R IA M E N TO
S O LU Ç Ã O D E D E C A P A G E M /
R E C U P E R A Ç Ã O D O C O B R E
C O B R E LÍQ U ID O
LIN G O TE
V E R G A LH Ã O
V E R G A LH Ã O
V E R G A LH Ã O
V E R G A LH Ã O
B O B IN A
Á G U A D E R E P O S IÇ Ã O
E V A P O R A Ç Ã O
E V A P O R A Ç Ã O
Á G U A D E R E P O S IÇ Ã O
Á G U A IN D U S TR IA L E F LU E N TE
68
A operação de decapagem é para efetuar a limpeza do vergalhão,
devido à formação do óxido de cobre em sua superfície durante o processo de
sua conformação. Para tal, a instalação conta com tanques de preparação e
armazenagem para soluções de ácido sulfúrico, com concentrações que
podem variar de 160 a 200g/l. Durante o processo de decapagem, é
necessário retirar o cobre da solução para evitar formação de cristais de sulfato
de cobre, que cria problemas nas bombas, tubos e bocais. Além disso, quanto
maior a concentração de cobre no processo menor o poder de decapagem da
solução ácida. A recuperação do cobre é realizada em duas cubas eletrolíticas
e o sistema é servido por um pequeno retificador de corrente de 3,0KA, que é
refrigerado com água na vazão de 2,5m3/h. Nessa unidade de processo,
denominada por electrowinning, a água é consumida na refrigeração do
retificador, na selagem de bombas centrífugas, na unidade de absorção de
ácido dos gases de exaustão da decapagem, na preparação da solução de
ácido para a decapagem e na lavagem do vergalhão para retirar o ácido
impregnado após a decapagem. Neste trabalho, separou-se a unidade de
decapagem em duas subunidades para melhorar a análise do problema e as
propostas de solução.
4.7.1 Unidade de electrowinning
As características das águas das bombas que operam no processo
electrowinning estão apresentadas nas Tabelas 13 e 14. A média geral do pH
das águas que saem dessas bombas foi de 7,19. Portanto muito próxima da
média da água de alimentação (água potável), que é de 7,23 (média de
abril/2002). Nessas amostras, não houve contaminação com cobre, que é um
componente que apresenta alta concentração nos fluídos bombeados. A água
que refrigera o retificador não foi analisada, porque, de acordo com o seu
projeto, não há possibilidades de contaminação.
69
Tabela 13 – Água de selagem das bombas do processo electrowinning
BOMBAS B-586-04 B-586-05 B-586-06 B-586-07
Vazão Vazão Vazão Vazão Data Hora
pH m3/h pH m3/h pH m3/h pH m3/h 02/10/02 11:30 7,30 0,05 7,40 0,23 7,30 0,11 7,10 0,10
03/10/02 09:15 7,24 0,06 7,14 0,13 7,24 0,11 7,11 0,10
03/10/02 15:10 7,28 - 7,25 - 7,18 - 7,22 -
15/10/02 14:50 6,77 0,06 6,90 0,04 7,15 0,11 7,97 0,06
17/10/02 11:20 - 0,06 7,10 0,07 6,94 0,06 7,00 0,06
Média 7,15 0,06 7,16 0,13 7,16 0,11 7,28 0,09
Média geral 7,19 0,35
Tabela 14 – Determinação de cobre na águas de selagem
AMOSTRA NO B-586-04 (ppm)
B-586-05 (ppm)
B-586-06 (ppm)
B-586-07 (ppm)
01 <0,10 <0,10 <0,10 <0,10
02 <0,10 <0,10 <0,10 <0,10
03 <0,10 <0,10 <0,10 <0,10
4.7.1.1 Avaliação das possibilidades de economia de água
Uma água com a qualidade apresentada acima poderia ser usada
como água de reposição na torre de resfriamento ou no próprio processo de
lavagem do vergalhão, conforme será apresentado adiante. No entanto, para
se assegurar de que não haveria grandes perturbações no controle da
qualidade dos pontos de usos citados, seria recomendado que as águas
coletadas passassem por um condutivímetro ou pHmetro, que determinaria o
aproveitamento ou não dessa água para faixa de condutividade considerada.
A água que resfria o retificador de corrente, na vazão de 2,5m3/h, é
uma água sem contaminação. No passado, tentou-se fazer sua reutilização na
torre de resfriamento, enviando-a por gravidade, porém a pressão na linha
70
provocou vazamentos no sistema de resfriamento interno do retificador, em
função da fragilidade das conexões das tubulações existentes e devido à
pressão exercida pela coluna d’água.
Em função dos aspectos da melhor logística e segurança para a
utilização dessas águas, a melhor escolha seria o de reuso em uma das torres
que atendem aos processos da Laminação, conforme ilustrado no diagrama da
Figura 13. O volume nominal total de água descartada é de (2,5 + 0,35) =
2,85m3/h, sendo que a água do retificador, que nunca se contaminaria,
representa cerca de 88% desse volume. Caso o dispositivo de controle com
pHmetro ou condutivímetro previsto nos investimentos falhasse, a fração
contaminada dificilmente desequilibraria fortemente a composição da água da
torre de resfriamento. Além disso, uma boa programação de manutenção das
bombas reduziria a probabilidade de falhas dos selos.
Figura 13 – Diagrama para reuso das águas da eletrorecuperação
Uma outra alternativa de redução do consumo de água de selagem
das bombas seria a do uso do pote de água de selagem, que fecha o circuito
de utilização da água de selagem. A água após passar pelo selo se aquece. Ao
entrar em um pote pressurizado, ocorre a perda do calor de vaporização por
um escape previamente dimensionado, fazendo com que esta se mantenha
com a temperatura adequada para a selagem. Esta alternativa não se
apresenta muito favorável devido ao valor do investimento frente ao pequeno
volume recuperado de água.
4.7.1.2 Investimentos
CUBAS DE ELETRÓLISE P/A
REMOVER COBRE
DECAPAGEM DO VERGALHÃO
TORRE DE RESFRIAMENTO
SOLUÇÃO COM COBRE
EVAPORAÇÃO
ÁGUA DE REPOSIÇÃO
RETIFICADOR DE CORRENTE ELÉTRICA
SOLUÇÃO DE DECAPAGEM
COBRE
+ -
PERDAS
SERVIÇOS
BOMBAS DE TRANSFERÊNCIA
DE SOLUÇÃO
ÁGUA FRIA
ÁGUA QUENTEÁGUA FRIA
ÁGUA QUENTE
VERGALHÃO
VERGALHÃO
71
Todas essas águas poderiam ser coletadas em um caixa de 1.000
litros (tipo uma caixa d’água caseira revestida com resina de poliéster). Seria
instalada uma bomba com capacidade de 5,0 m3/h, com um sensor de nível
para ligar/desligar a bomba. A instalação de um condutivímetro ou um pHmetro
na linha de descarga da bomba (sensor e aparelho), com um alarme no painel,
servirá para proteger a instalação e o processo caso ocorra contaminações
indesejáveis. Assim que soar o alarme, o operador faz o desvio da água para o
poço de efluentes da Laminação e inicia a investigação do ponto de
contaminação. Esta providência é necessária devido à possibilidade de mistura
da solução ácida com a água de selagem por avaria do selo utilizado. A
Tabela 15 apresenta uma planilha de investimentos, considerando as
necessidades discutidas acima.
Tabela 15 – Planilha de investimentos Investimentos Custo (R$) Projeto: 1.000,00 Equipamentos e materiais: Caixa de 1.000 litros 1.000,00 Acessórios (joelhos, luvas, válvulas, etc) 500,00 Bomba centrífuga de 3,0m3/h 5.000,00 Condutivímetro (unidade remota) 10.360,00 Instalação/montagem: Instalação do tanque 800,00 Instalação da bomba 800,00 Instalação do condutivímetro 800,00 SUBTOTAL 20.260,00 Contingências (10%) 2.026,00 TOTAL 22.286,00
4.7.1.3 Custo da água descartada
72
Compõem o custo dessa água o custo da captação/tratamento, o
custo do tratamento na UTE e o custo de descarte para a CETREL. Ficando o
valor do custo, conforme cálculo abaixo, para uma taxa de utilização da
Laminação de 86%.
Para:
Vazão de água =2,85 m3/h
Taxa de Utilização da unidade (TU) de 01/00 a 05/01 = 0,86
Custo de captação = 0,0934 R$/m3
Custo de tratamento na UTE = 0,1029 R$/m3
Custo de descarte para a CETREL = 0,4181 R$/m3
Tem-se o seguinte custo anual:
2,85m3/h x 0,86 x R$ (0,0934 + 0,1029 + 0,4181) /m3 x 24h/dia x 30dias/mês
x 12meses/ano = R$13.010,93 / ano
4.7.1.4 Custo operacional de reuso da água
O custo de reuso da água deve ser o relativo ao consumo da energia
elétrica para seu recalque, somado ao custo de manutenção da bomba e do
condutivímetro, estimado em 3% ao ano sobre os valores desses
equipamentos. Assim, em uma aproximação do que foi avaliado para a bomba
que seria instalada para o reuso das águas do Laboratório, o valor estimado
para o gasto com energia seria de R$316,84 / ano e o custo com manutenção
de R$460,80 / ano, o que perfaz um total de R$777,64 / ano.
4.7.1.5 Resultados da avaliação econômica
73
O Anexo G apresenta o fluxo de caixa para o investimento em
questão. A TIR ficou em 54,24%, enquanto o tempo de retorno do investimento
seria de 1 ano e 10 meses.
4.7.2 Unidade de lavagem na decapagem
Conforme pode ser visto no diagrama da Figura 14 abaixo e com
maiores detalhes no Anexo H, a lavagem do vergalhão é feita com água
industrial em três tanques, sendo dois deles praticamente inseridos em um
mesmo tanque. É no primeiro tanque que o vergalhão transfere a maior
quantidade de ácido para a água de lavagem, portanto a água utilizada nesta
primeira lavagem fica rapidamente contaminada. A água que alimenta o
Tanque I vem do Tanque II, através do transbordamento deste para o primeiro,
onde também ocorre a alimentação de água nova na vazão nominal de cerca
de 10m3/h. A água sai pelo dreno do Tanque I. Todos os drenos são colocados
a uma determinada altura que permita manter um certo volume de água nos
tanques, para que a mesma possa ser recirculada. Água industrial nova entra
no Tanque III na vazão nominal de cerca de 5m3/h e sai pelo dreno. A água
nova que entra nos tanques 2 e 3 é distribuída em uma primeira fileira de bicos
sprays. Para a recirculação da água nos tanques 1, 2 e 3 são utilizadas
algumas fileiras de bicos sprays.
Figura 14 – Diagrama da lavagem do vergalhão de cobre
74
A Tabela 16 apresenta os dados referentes às vazões e os pH das
águas drenadas do dois tanques de lavagem. Nota-se que o pH da água
efluente do Tanque II é ligeiramente superior ao pH médio da água
industrial/potável, que se situa em 7,23. As determinações químicas serviram
apenas para confirmar a caracterização efetuada por meio das medições de pH
e estão apresentadas na Tabela 17. As baixas concentrações de cobre
encontradas nas amostras de água do Tanque II reafirmam a baixa
contaminação dessa água.
Tabela 16 – Água de lavagem do processo de decapagem
DECAPAGEM DO VERGALHÃO
TANQUE I
APLICAÇÃO DE ANTI-OXIDANTE
SOLUÇÃO DE DECAPAGEM /
RECUPERAÇÃO DO COBRE
VERGALHÃO
VERGALHÃO
VERGALHÃO
VERGALHÃO
ÁGUA INDUSTRIAL
EFLUENTE
TANQUE II
TANQUE III
ÁGUA INDUSTRIAL
EFLUENTE
75
Tanque I Tanque III
Data Hora pH
Vazão (m3/h)
Temp ºC pH
Vazão (m3/h)
Temp ºC
Observações
02/10/02 11:00 1,65 - 58,0 7,53 - 38,0 Operação normal
03/10/02 09:35 1,44 11,04 58,0 7,49 4,69 38,0 Operação normal
03/10/02 14:50 1,47 - 56,0 7,52 - 35,0 Operação normal
16/10/02 15:10 1,58 10,34 56,0 7,10 4,87 36,0 Operação normal
17/10/02 11:10 1,31 - 56,0 7,38 - 36,0 Operação normal
Média 1,49 10,69 56,8 7,40 4,78 36,6
Tabela 17 – Análise das águas efluentes dos tanques de lavagem
AMOSTRA TANQUE Cu (ppm)
H2SO4 (g/l)
1 543 0,63 1
3 1,52 -
1 1.435 1,50 2
3 5,13 -
1 878 0,97 3
3 3,03 -
4.7.2.1 Avaliação das formas para economia de água
A melhor situação quanto à conservação nessa operação unitária
seria aquela em que toda a água efluente pudesse ser reutilizada localmente.
No entanto, a contaminação pelo ácido, mesmo sendo em baixas
concentrações, torna a água corrosiva. Conforme apresentado no diagrama da
Figura 15, uma proposta mais ao alcance atualmente é a de se interligar o
Tanque III ao Tanque II, de forma que a água praticamente limpa que está
sendo descartada seja em parte reaproveitada no próprio processo. Dessa
forma, bastaria fechar o dreno do Tanque III e permitir que a água
transbordasse para o Tanque II, por cima da divisória que une os dois tanques.
Para isto não se teria quase custo algum e a economia de água seria da ordem
76
de 4,0m3/h, considerando o fluxo nominal. Portanto, o volume total utilizado
passaria de 15,0m3/h para 11,0m3/h. O controle da alimentação da água seria
efetuado apenas pelo Tanque III. A redução aconselhada não totaliza 5,0m3/h,
porque se deseja manter a qualidade do processo.
Figura 15 – Diagrama do reuso da água na lavagem do vergalhão
Há uma outra oportunidade de reutilização neste processo, mas não
se pode mensurar adequadamente o volume em questão. Trata-se da perda de
água por evaporação nos tanques de decapagem, que ao longo do tempo
demanda reposições de água. Essas reposições são feitas com água
industrial/potável. A proposta seria a de se utilizar a água ácida efluente do
tanque de lavagem 1 para repor o volume de água evaporada e recuperar
alguma quantidade de ácido, embora a quantidade não seja muito relevante.
Dessa forma, boa parte do efluente do Tanque I ainda teria que ser descartado
para a UTE.
A possibilidade de reuso desse efluente na Eletrólise poderá ser uma
realidade em um futuro próximo, porque atualmente se utiliza bastante o
condensado impuro, gerado nos condensadores dos evaporadores da área de
purificação do eletrólito, para auxiliar na remoção da lama anódica e limpeza
das cubas eletrolíticas. Como está havendo redução do teor de níquel nos
concentrados de cobre, não haverá mais necessidade dessa parte da unidade
de purificação e, conseqüentemente, o condensado poderá ser substituído pelo
TANQUE I
VERGALHÃO
VERGALHÃO
EFLUENTE
TANQUE II
TANQUE III
ÁGUA INDUSTRIAL
77
efluente da lavagem do vergalhão na unidade de decapagem. No momento,
qualquer tentativa de tratamento para reciclo ou reuso seria inviável
economicamente, seguindo as premissas de economia adotada neste trabalho,
mesmo que já se estivesse considerando as cobranças estipuladas para
captação e descarte da água, conforme considerado pelo Comitê de Gestão da
Bacia do Rio Paraíba do Sul.
4.7.2.2 Investimentos
Não há investimento praticamente algum para a proposição de
interligar o Tanque III ao Tanque II, uma vez que a parede de um tanque é
adjacente à do outro. Ao se obstruir a drenagem no Tanque III, a elevação do
nível da água no Tanque III se encarregaria de provocar o transbordo da água
para o Tanque II. Seria necessário cuidar apenas de alguns detalhes de
vedação. No entanto, seria interessante instalar um rotâmetro na linha de
alimentação do Tanque III, para que o controle da lavagem seja feito com mais
segurança do que atualmente. Estima-se gastar cerca de 5.000,00 reais para
isto.
4.7.2.3 Custo da água descartada
Será considerado o custo de captação da vazão d’água que será
economizado, o custo de tratamento na UTE e o custo de descarte na
CETREL, na base de 4,0m3/h.
Para:
Vazão de água =4,0 m3/h
Taxa de Utilização da unidade (TU) de 01/00 a 05/01 = 0,86
Custo de captação = 0,0934 R$/m3
Custo de tratamento na UTE = 0,1029 R$/m3
Custo de descarte para a CETREL = 0,4181 R$/m3
Tem-se o seguinte custo anual:
78
4,0m3/h x 0,86 x R$ (0,0934 + 0,1029 + 0,4181) /m3 x 24h/dia x 30dias/mês
x 12meses/ano = R$18.260,95 / ano.
4.7.2.4 Custo operacional de reuso da água
Não há custo de reuso, uma vez que será feita apenas redução do
consumo de água.
4.7.2.5 Resultados da avaliação econômica
No Anexo I, apresenta-se um fluxo de caixa para a avaliação
econômica do investimento. O tempo de retorno do investimento ficaria em 3
meses, enquanto a TIR seria de 365,22%.
4.8 Resumo da avaliação econômica geral
O resumo da avaliação para reuso das águas nos processos dá uma
visão geral do investimento e do benefício econômico que se poderá ter,
conforme apresentado na Tabela 18. O fluxo de caixa está detalhado no
Anexo J. Para uma melhor segurança da avaliação econômica dos projetos
propostos, fez-se uma avaliação geral com a adição de 30% ao investimento e
nos custos de reuso da água, no sentido de se verificar riscos nos
investimentos. O custo da água descartada será tomado como 70% do valor
atribuído anteriormente. Os detalhes dessa avaliação podem ser vistos na
Tabela 19 e no fluxo de caixa apresentado no Anexo K.
79
Tabela 18 – Resumo da avaliação econômica
VAZÃO MÉDIA INVESTIMENTO CAD CORA
UNIDADE m3/h R$ R$/ano R$/ano
Laboratório 0,73 8.745,00 3.252,76 116,71 Bombas de vácuo 5,02 32.516,00 43.076,87 1.411,00 Electrowinning 2,45 22.286,00 13.010,93 777,64 Decapagem 3,44 5.000,00 18.260,95 0,00 TOTAL 11,64 68.547,00 77.601,51 2.305,35 Tempo de retorno investimento
9 meses
Taxa Interna de Retorno 109,79%
Tabela 19 – Resumo da avaliação econômica – análise de risco
VAZÃO MÉDIA INVESTIMENTO CAD CORA
UNIDADE m3/h R$ R$/ano R$/ano
Laboratório 0,73 8.745,00 3.252,76 116,71 Bombas de vácuo 5,02 32.516,00 43.076,87 1.411,00 Electrowinning 2,45 22.286,00 13.010,93 777,64 Decapagem 3,44 5.000,00 18.260,95 0,00 TOTAL 11,64 68.547,00 77.601,51 2.305,35 AJUSTES 89.111,10 54.321,06 2.996,96 Tempo de retorno investimento
2 anos
Taxa Interna de Retorno 57,03%
CAD = Custo da Água Descartada
CORA = Custo Operacional de Reuso da Água
Conforme se verifica, o retorno do investimento continua muito
atrativo.
80
4.9 Aproveitamento da água de chuva
A Caraíba Metais está situada em uma região onde ocorre boa
precipitação pluviométrica em grande parte do ano, notadamente no período
compreendido entre abril e julho e com redução da intensidade entre os meses
de agosto a março, conforme pode ser visto na Tabela 20. A empresa conta
com alguns prédios com grandes áreas cobertas, dotadas de sistema de calha
e com altura propícia para permitir que a água da chuva seja direcionada para
distâncias razoáveis do ponto de coleta. As águas de chuva que descem pelas
calhas são direcionadas para a rede pluvial e se juntam aos efluentes das
plantas de processo e da planta de tratamento de efluentes, sendo, então,
enviadas para a CETREL.
Tabela 20 - Média histórica de chuvas na Caraíba de jan/80 a nov/02
Precipitação Precipitação Precipitação Média Máxima Mínima
mensal mensal mensal Mês
mm mm mm JAN 78,0 317,0 7,1FEV 100,6 285,4 13,1MAR 149,7 341,2 9,2ABR 240,9 558,0 49,3MAI 255,8 536,9 48,0JUN 225,5 340,2 149,3JUL 187,5 388,8 50,5AGO 137,8 258,1 53,9SET 108,2 225,0 11,5OUT 86,4 268,2 2,7NOV 126,9 610,0 6,6DEZ 102,5 470,7 7,3
Fonte: acompanhamento da Divisão de Higiene, Segurança e Meio Ambiente
da Caraíba Metais.
81
O aproveitamento direto da água de chuva não é uma tarefa fácil em
uma planta industrial, visto que há problemas quanto ao volume da
precipitação, sua regularidade, distância do ponto de utilização,
armazenamento, interferências de layout, adequação da qualidade e
dificuldades de interação com o processo em que será utilizada. Mesmo que as
características da água de chuva fossem adequadas aos processos e que se
pudesse atender a pressão requerida, considerando a coluna d’água
possibilitada naturalmente pela altura do prédio, seu aproveitamento direto no
processo, sem o uso de bombas para recalque, somente poderia se dar com a
adoção de controles que pudessem, ao se iniciar a chuva, suspender o uso da
fonte primária de água e voltar a utilizá-la imediatamente quando parasse de
chover, o que tornaria a situação complexa sob o ponto de vista de malha de
controle para a automação.
Antes de se detalhar as oportunidades de aproveitamento que
podem se apresentar, deve-se discutir a qualidade da água de chuva na região
da Caraíba. Recentemente, foi realizado um monitoramento da poluição em
alguns pontos no entorno da planta industrial para se estudar o seu
comportamento. A metodologia se baseou, entre outras formas de
monitoramento, na coleta de água de chuvas em pontos que poderiam estar ou
não sob influência da poluição. O estudo concluiu que nos pontos monitorados
a montante às direções preferenciais dos ventos, ao longo de um ano, o pH da
água de chuva não é afetado, ficando em torno de 7,0, com alguns poucos
valores chegando a 5,0. Em registro bibliográfico, avaliações de pH da água de
chuva em áreas não contaminadas registraram valores até mais baixos, na
faixa de 5,0 a 6,0 (Mayer, 2000). Amostragens esporádicas de água de chuva
na área leste da Caraíba Metais apresentaram pH médio de 7,1, evidenciando-
se a quase ausência de poluição, pois caso ocorresse tornaria a água um
pouco ácida, devido à possibilidade da presença do gás dióxido de enxofre no
ar. Portanto, a água de chuva poderá ser aproveitada, mas se recomenda que
haja o descarte de parte da água do início da chuva, pois esta poderá vir
carregada de poeiras, fezes de pássaros e impregnações que a própria
atmosfera pode depositar nos telhados e calhas. A água de chuva poderia ser
utilizada em substituição à água de poço, em algumas aplicações nos
processos, notadamente nas situações em que não se exige água de extrema
82
qualidade. Considera-se, portanto, que a logística de armazenamento deve ser
equacionada, de forma que seu aproveitamento se dê preferencialmente ao da
água captada nos poços. Este trabalho não pretende dar solução aos aspectos
mencionados, mas iniciar a discussão de algumas alternativas, que podem
facilitar o detalhamento posterior de cada projeto, caso se decida executá-lo.
A vazão média de água de chuva passível de ser coletado nos
telhados das três unidades escolhidas é de 6,7 m3/h, conforme a Tabela 21,
que se baseou na precipitação pluviométrica média e nas superfícies das
coberturas dos prédios da Eletrólise, Laminação e Manutenção com áreas de
17.612m2, 10.208m2 e 4.202m2 respectivamente. Este volume é um pouco
menor do que o volume de água de reposição requerido pela torre de
resfriamento da Eletrólise e representa apenas 1,9% do total de água
consumida na planta. Portanto, é um projeto estritamente ecológico, porque a
economia de recursos gerada não é muito atrativa do ponto de vista
empresarial e o valor do investimento pode ser muitas vezes maior do que o
benefício, alongando o tempo de retorno do capital. Abaixo, faz-se um cálculo
do benefício que se pode ter com essa medida, considerando que a água de
chuva irá apenas substituir a água bruta captada nos poços.
83
Tabela 21 – Volume de chuva passível de coleta e aproveitamento jan/80 a nov/02
ELETRÓLISE LAMINAÇÃO MANUTENÇÃO Volumes Volumes Volumes
Médio Variação Médio Variação Médio Variação Mês m3/h m3/h m3/h m3/h m3/h m3/h JAN 1,9 0,17 - 7,8 1,1 0,10 - 4,5 0,5 0,04 - 1,9 FEV 2,5 0,32 - 7,0 1,4 0,19 - 4,0 0,6 0,08 - 1,7 MAR 3,7 0,23 - 8,3 2,1 0,13 - 4,8 0,9 0,05 - 2,0 ABR 5,9 1,21 - 13,6 3,4 0,70 - 7,9 1,4 0,29 - 3,3 MAI 6,3 1,17 - 13,1 3,6 0,68 - 7,6 1,5 0,28 - 3,1 JUN 5,5 3,65 - 8,3 3,2 2,12 - 4,8 1,3 0,87 - 2,0 JUL 4,6 1,24 - 9,5 2,7 0,72 - 5,5 1,1 0,29 - 2,3 AGO 3,4 1,32 - 6,3 2,0 0,76 - 3,7 0,8 0,31 - 1,5 SET 2,6 0,28 - 5,5 1,5 0,16 - 3,2 0,6 0,07 - 1,3 OUT 2,1 0,07 - 6,6 1,2 0,04 - 3,8 0,5 0,02 - 1,6 NOV 3,1 0,16 - 14,9 1,8 0,09 - 8,6 0,7 0,04 - 3,6 DEZ 2,5 0,18 - 11,5 1,5 0,10 - 6,7 0,6 0,04 - 2,7 Média 3,7 0,83 - 9,4 2,1 0,48 - 5,4 0,9 0,20 - 2,2 Total 3,7+2,1+0,9 = 6,7m3/h
Dentre as idéias de formas de aproveitamento da água de chuva,
considerando as dificuldades de utilização direta citadas anteriormente,
apresentaram-se como possibilidades a incorporação da água no reservatório
de água captada (ETA) e a utilização do tanque de condensado da Eletrólise
para a coleta e direcionamento para a caldeira de vapor e/ou para a produção
de água desmineralizada.
Nota: considerou-se que o telhado do pátio de estocagem da laminação tenha
cota suficiente para permitir que a água alcance o tanque de condensado TQ-
562-05. No entanto, será necessária uma verificação mais apurada para se ter
certeza dessa possibilidade. Se esta água não puder ser aproveitada no tanque
de condensado, poderá ser aproveitada na ETA.
84
R$0,032 / m3 x 6,7m3/h x 24h/dia x 30 dias/mês x 12 meses/ano =
R$ 1.852,42/ano;
Sendo:
R$0,032 / m3 = custo de captação da água dos poços;
6,7m3/h = volume médio de água de chuva passível de captação.
NOTA: a água de chuva é descontada do efluente total da Caraíba na fatura da
CETREL, portanto não se está considerando este custo.
Não se incluiu o lado oeste da metalurgia, por não se ter avaliações
da qualidade da água de chuva nas coberturas das unidades lá instaladas. Um
outro critério de escolha dos prédios foi o de se ter altura favorável para o
escoamento da água para pontos mais prováveis de utilização.
4.9.1 Armazenagem da água de chuva no reservatório da ETA
Um dos pontos vislumbrado para a junção das calhas da Eletrólise
para encaminhar a água até o reservatório de água potável seria perto da
entrada da Eletrólise, na parte dos escritórios. A distância total desse ponto até
a ETA é de cerca de 250m, aproveitando-se de cerca de 180m de pipe rack
para o encaminhamento da água. Deveriam ser previstos suportes para dois
trechos do percurso, o que vai da parede externa da Eletrólise até o pipe rack e
o que vai do final do pipe rack (na Laminação) até o reservatório da ETA, com
cerca de 20m e 50m respectivamente. Neste último trecho, em frente à
Laminação, seria preciso considerar que a calha deverá atravessar uma rua, de
forma que seu dimensionamento deverá levar em conta a altura de
veículos/máquinas especiais. Além disso, dali até a ETA, deveria ser
construída a estrutura para o suporte da calha. Um segundo caminho, com
dimensão praticamente igual ao do anteriormente citado, parte do lado norte da
Eletrólise e segue o pipe rack da área 600. O terceiro caminho vislumbrado
partiria do pipe rack localizado na entrada do CIT e tem cerca de 260m. Sendo
85
o pé direito do prédio da Eletrólise de 14m e o posicionamento da calha
coletora central em 13m, tem-se o ângulo de caimento até a cota zero de 2,97o.
Vale a pena ressaltar que a água escoa em inclinações bem menores do que
esta e que parte do reservatório encontra-se em cota negativa.
A tarefa de transferência da água de chuva do prédio da Laminação
seria muito mais simples do que a da água da Eletrólise, uma vez que a
distância até a ETA seria de cerca de 85m, considerando a centralização do
ponto de coleta no lado norte do prédio. Também haveria a necessidade de se
atravessar a rua e utilizar estrutura para suporte da calha.
A água coletada no prédio da Manutenção teria que ser
encaminhada por cerca de 470m e a água de chuva do prédio de almoxarifado,
que tem um pé direito menor, dificilmente poderia ser utilizada, considerando
também o fato de estar mais longe do pipe rack.
4.9.2 Armazenagem da água de chuva no tanque de condensado
O tanque de condensado puro da Eletrólise recebe o condensado do
vapor que aquece o eletrólito, sendo uma parte deste utilizado na própria
unidade e a outra parte retorna para as caldeiras, quando sua qualidade está
enquadrada na especificação requerida. O consumo registrado de água na
unidade de desmineralização e de produção de vapor é de 27m3/h, de jan/01 a
mai/02. Caso seja possível a utilização dessa água, sua participação total no
consumo seria de aproximadamente 27%. Este tanque se constituiria em uma
espécie de ponto central para a coleta da água de chuva e já conta com alguns
requisitos para a operação, uma vez que está em linha operacional. A distância
do ponto de coleta da Eletrólise até o tanque é de cerca de 11m. A menor
distância entre o Prédio da Laminação e este tanque pelo pipe rack é de 160m.
A menor distância entre o prédio da Manutenção e este tanque pelo pipe rack é
de 176m.
86
4.9.3 Dispositivo para separação da água de chuva
Conforme mencionado anteriormente, a água de chuva pode arrastar
inicialmente uma série de detritos que podem inviabilizar a sua utilização.
Portanto, é recomendável que se faça um descarte inicial da mesma, de forma
que o restante da água coletada possa ser utilizado. Uma forma pensada de
separação, utilizando a própria força motriz da água, foi de se instalar um
pequeno tanque com uma bóia que teria uma haste em seus pólos inferior e
superior, de forma que esta servisse de guia para a bóia e que ao mesmo
tempo suportasse uma calha móvel, conforme o desenho esquemático
apresentado no Anexo L. A haste inferior poderia estar inserida em um tubo
guia. À medida que o tanque vai enchendo, a bóia vai se elevando até a calha
móvel colar na calha fixa. O tanque deverá ter uma drenagem em forma de
conta gotas, de maneira que quando a chuva parar a bóia desce e a calha
móvel também, desfazendo a conexão entre as duas calhas. A própria chuva
se encarregaria de manter a calha móvel unida à calha fixa, mantendo a bóia
elevada. No caso de se poder utilizar o tanque de condensado puro, o tanque
de separação ficaria em cima do tanque e a calha móvel interligaria a calha fixa
e o bocal de entrada da água. Caso a cota do tanque de separação fique muito
elevada em cima do tanque de condensado, poderá ser colocada em sua
lateral, de forma que se permita todo o trabalho de escoamento da água. Não
ficou indicado no desenho, mas será necessário ter-se uma linha de dreno com
um diâmetro maior do que o do micro dreno para a lavagem periódica do
tanque de separação.
87
5 DISCUSSÃO
À época do projeto de processo dessa metalurgia (anos 70), havia
alguma preocupação com a economia de água, como por exemplo o retorno do
condensado para a caldeira. No entanto, isto estava relacionado puramente à
questão de custo, uma vez que a água utilizada na caldeira de vapor deveria
ser desmineralizada e este tipo de tratamento incorporava alto custo à água,
como ainda continua incorporando, mesmo se considerando os avanços em
outras técnicas de separação, como por exemplo a osmose reversa e
eletrodiálise. Interessante notar que o reuso de condensado na Eletrólise
parece ser uma medida ecológica situacional, já que este apresenta as
condições requeridas para o processo, que não aceita água dura, mesmo que
apenas levemente;
Conforme pode ser verificado no balanço hídrico da metalurgia e nos
diagramas de uso da água nas unidades de processo apresentados, a água
tem um papel fundamental nos processos de produção em uma metalurgia de
cobre. A falta desse importante insumo/utilidade paralisaria por completo a
linha de produção de praticamente todas as unidades operacionais. No atual
estágio do estado da arte, é inconcebível produzir cobre eletrolítico sem a
utilização da água. No entanto, o seu consumo pode ser reduzido com medidas
simples de racionalização, pois, ao se avaliar algumas operações unitárias nas
unidades de processo estudadas, pode-se constatar que a tarefa de redução
do consumo de água pode se iniciar a partir da melhoria do controle em si, da
melhoria do padrão de manutenção de instrumentos, equipamentos e
instalações e do cumprimento dos procedimentos operacionais.
Pode-se observar que algumas operações unitárias não estão
dotadas de instrumentos de medição para a vazão de água ou estes estão
instalados, mas não funcionam. Na verdade, para que a ação de controle
resultasse em benefício ambiental e econômico imediato, bastaria instalar um
simples rotâmetro em alguns casos.
A prática de um padrão de manutenção que também priorizasse os
instrumentos e instalações que utilizam água ajudaria a reduzir o consumo de
água. Um dos exemplos está relacionado com a própria questão da medição.
Se o instrumento não está funcionando ou não está calibrado por falta de
88
manutenção, não se pode efetivamente controlar o consumo de água. Um
outro exemplo foi observado em uma torre de resfriamento. A torre em questão
é composta por três células e opera com duas, pois se verificou que a mesma
estava superdimensionada. Ocorre que tanto as portas de comunicação entre
as células quanto as portas de visita laterais estão danificadas, ocorrendo a
entrada de ar quase que preferencialmente por esses pontos. Dessa forma, o
ventilador puxa preferencialmente o ar pelas portas e não pelas grades com os
recheios, o que muito provavelmente pode estar reduzindo a eficiência
energética da torre de resfriamento e causando a evaporação desnecessária
de água.
A falta de cumprimento de procedimentos operacionais é
responsável por perdas injustificáveis de água, uma vez que a admissão de
água além ou aquém da necessária pode trazer dois tipos de prejuízos:
excesso do consumo de água, podendo o excesso de efluentes gerados afetar
outros processos; ou baixo desempenho do equipamento e/ou sua danificação.
Um exemplo de problema que o excesso de efluentes pode causar é visto na
planta de tratamento de efluentes. Nesta planta, um dos fatores que podem
afetar o desempenho do tratamento é o tempo de residência do efluente no
processo. O excesso de afluente na unidade reduz o tempo de residência da
solução nos tanques de processo, causando o aumento da variabilidade dos
parâmetros de processo, com a conseqüente redução da efetividade das
reações do processo. Como exemplo contrário de dano que o mau
gerenciamento do uso da água pode trazer, tem-se: menor volume de água de
refrigeração do que o recomendado nas selagens das bombas pode trazer
prejuízos patrimoniais, ao se reduzir o tempo de vida útil do selo.
As ações para reuso da água propostas no corpo deste trabalho são
extremamente simples e eficazes em um programa de racionalização industrial.
Conforme pode ser demonstrado, quando se têm águas efluentes limpas, como
no caso dos aparelhos do Laboratório, o reuso pode ser direcionado para
várias aplicações. Por outro lado, mesmo se tendo alguma possibilidade de
contaminação esporádica, é possível criarem-se controles, com baixo valor de
investimento, que possibilitem o reuso praticamente contínuo da água efluente,
como nos casos das bombas de vácuo da área de purificação do eletrólito e as
89
bombas da unidade de electrowinning na Laminação, que demandariam
apenas a instalação de pHmetros ou condutivímetros funcionando em linha.
Na verdade, a possibilidade de reuso está relacionada com a
qualidade do efluente do processo gerador, com a qualidade do afluente
requerida pelo processo utilizador e com a logística de utilização. Nos
exemplos abordados neste trabalho, verificou-se que a qualidade requerida
pelo processo utilizador pode ser atendida plenamente pelo efluente do
processo gerador. A logística determinou a reutilização dos efluentes como
água de reposição das torres de resfriamento em quase todos os casos,
excetuando-se o caso da lavagem do vergalhão após a decapagem, devido à
proximidade do ponto de geração do ponto de utilização e do regime
operacional constante das torres de resfriamento. Como o propósito deste
trabalho era o de realçar soluções simples de reuso de água, não se trabalhou
com redes de reuso complexas que demandassem a utilização de formulações
matemáticas especiais para a otimização de reuso da água.
Quando não se pode fazer a reutilização direta do efluente devido a
não adequação à qualidade requerida pelo processo utilizador, deve-se avaliar
a possibilidade de regeneração desse efluente para permitir o reciclo/reuso. A
viabilidade deve ser avaliada tanto no aspecto técnico quanto no aspecto
econômico. Como exemplo a ser citado, tem-se a questão do efluente do
processo de lavagem do vergalhão após a decapagem. O volume a ser
descartado para tratamento continuará significativo, pois deverá passar dos
nominais 15m3/h para 11m3/h, mesmo depois de ser feita a modificação que
permita o reuso da água do Tanque III no Tanque II, criando-se um processo
de lavagem contra-corrente. Algumas alternativas de tratamento e reutilização
da água poderiam ser propostas para aplicação imediata. No entanto, sob o
ponto de vista econômico não atingiriam indicadores econômicos compatíveis
com o solicitados pelos gestores do negócio, que requerem retorno do
investimento e taxa interna de retorno mais agressivos no momento atual. Um
dos tratamentos recomendados poderia ser o da simples neutralização local do
efluente e reuso da água neutralizada, ao invés de se continuar enviando para
a UTE, onde o efluente é misturado com outros efluentes de pior qualidade e
mais difíceis de tratamento. Para atender à neutralização desses 11m3/h
seriam necessários os seguintes investimentos, em uma avaliação ainda
90
preliminar não muito detalhada: três tanques de aço inoxidável ou de aço
carbono revestidos com proteção antiácida, com agitação, de cerca de 20m3
cada; um sistema de preparação de solução de cal composto de tanques,
dosadores e agitadores; sistema de separação da torta, podendo ser composto
por filtros-prensas ou combinação de centrífuga decantadora com filtros-
prensas, para melhor polimento do filtrado; bombas; instalações hidráulicas;
instalações elétricas; fundações; coberturas do prédio; talhas e acessórios. A
operação desse processo deveria ser praticamente no regime de turno de
operação, com um operador por turno. Considerando o regime de cinco turmas
convencionadas para o regime de turno atual na empresa, ter-se-ia a
necessidade de contratação de cinco operadores. Além do aspecto do alto
investimento envolvido, ocorreria também a geração do bolo de filtração, sendo
que este dificilmente poderia ser aproveitado no processo metalúrgico, e a
água apresentaria no final um determinado grau de dureza. Outras alternativas
como osmose reversa, eletrodiálise poderiam ser apreciadas, mas, para a
vazão de efluente a ser tratado, o investimento não apresentaria o retorno
econômico compatível com o negócio. Portanto, verifica-se que a melhor
alternativa para esse caso não é o tratamento desse efluente e sim o de sua
reutilização. A Eletrólise poderia receber este efluente, no entanto, para tal,
será necessário que se avalie em que operação unitária este poderá entrar e
os efeitos que sua composição química pode causar, de forma a não interferir
no equilíbrio requerido no processo, uma vez que na Eletrólise não se pode
incorporar determinadas impurezas como o cálcio, magnésio, ferro, e outros.
Para se ter práticas de racionalização que coadunem mais com a
filosofia da tecnologia limpa é necessário ir mais além do que os simples
programas de racionalização e até mesmo do reuso de água em torres de
resfriamento. No exame das operações das unidades de processo estudadas
neste trabalho, verificou-se a oportunidade de um estudo de caso que pode
resultar na eliminação de uma operação e na redução do consumo de água,
ácido sulfúrico, energia elétrica e rejeito de processo. Quando se iniciou o
estudo do processo de decapagem, uma das questões a ser respondida era a
do porque da realização de tal operação. Qual é a finalidade do processo? A
finalidade do processo de decapagem é a remoção da fina camada de óxido de
cobre formada na superfície do vergalhão durante o processo de sua
91
conformação, que se acelera notadamente no último estágio do processo,
quando a temperatura é reduzida dos cerca de 500oC para cerca de 150oC nos
tubos de resfriamento. A verificação do processo de oxidação do cobre pode
ser acompanhada visualmente nesta etapa, quando ocorre o escurecimento
mais acentuado do vergalhão, passando da cor laranja escuro (cor do cobre
em seu estado elementar) para cinza escuro (cor do óxido de cobre), em um
percurso de aproximadamente 15 metros e em poucos segundos. O que
parece é que o processo de oxidação é acelerado durante o processo de
resfriamento, auxiliado, evidentemente, pela utilização de água com ar contido
e pelo ar comprimido, que é injetado para servir como uma barreira para evitar
a passagem da água de resfriamento para o estágio de formação de espiras do
vergalhão. Se for possível executar este resfriamento na ausência de ar, é
provável que a etapa de decapagem possa ser dispensada, uma vez que
abaixo de uma determinada temperatura a oxidação do cobre é lenta, podendo,
então, receber o sabão de proteção contra a oxidação logo após se completar
o processo de formação de espiras. Esta hipótese está amparada na
observação que se faz para o cobre eletrolítico no término da campanha de
produção na cuba de eletrólise. O escurecimento total, ocasionado pelo seu
contato com o ar atmosférico, dá-se apenas cerca de 48 horas após sua
retirada da cuba de eletrólise. Durante as primeiras horas após a lavagem do
cátodo, que se apresenta com a temperatura de cerca de 50oC, não se observa
sinais de oxidação acelerada. Um outro exemplo desse comportamento de
oxidação lenta do cobre elementar em contato com o ar, a temperatura um
pouco acima da ambiente, é o do processo de produção do cobre livre de
oxigênio, denominado de “oxigen free”. Para a formação desse tipo de
vergalhão, o cobre elementar é fundido em um forno de indução, que é
recoberto por uma camada de grafite em pó para evitar a entrada de oxigênio.
O cobre fundido sobe para os cilindros de resfriamento por capilaridade e,
durante o resfriamento, ocorre a formação do vergalhão de 8mm de diâmetro.
Da saída desses cilindros, evidentemente já em contato com o ar atmosférico,
até o dispositivo formador de espiras o cobre não se oxida, sendo que isso
ocorre em um espaço de tempo de alguns minutos.
O fato que chama a atenção é que, provavelmente, durante o projeto
do processo de produção do vergalhão do cobre, optou-se por não se estudar o
92
controle da oxidação e sim adicionar o processo de decapagem a jusante para
corrigir um problema causado no processo anterior, que hoje parece
remediável. Como possíveis implementações para o controle da oxidação do
cobre ter-se-iam: confinamento/selagem dos tubos de resfriamento; utilização
de água desaerada para o resfriamento; utilização de nitrogênio para manter a
atmosfera inerte nos tubos durante o resfriamento e outras providências que
somente um estudo mais detalhado poderá revelar. Para o caso da
necessidade de utilização de nitrogênio, há na empresa uma geração de cerca
de 55.000Nm3/h, resultante da produção de oxigênio, que é utilizado no
processo de fusão dos concentrados de minérios de cobre. Evidentemente,
esta é uma análise bastante preliminar e o que se demanda é um estudo mais
detalhado da tecnologia e das possibilidades de modificá-la para atender as
observações feitas acima.
A utilização da água de chuva captada nas coberturas das plantas de
Eletrólise, Laminação e do prédio da Manutenção é perfeitamente viável sob o
ponto de vista da qualidade da água de chuva e das facilidades inerentes das
instalações, tais como: pé direito elevado dos prédios, acompanhamento do
pipe rack e ponto de utilização próximo. Uma das formas vislumbradas para o
aproveitamento da água de chuva seria para alimentação/reposição da caldeira
auxiliar e/ou processo de água desmineralizada, tendo como tanque de
captação e pulmão o tanque de condensado da Eletrólise. A outra seria a de
captá-la e transferi-la para o reservatório da ETA. Em qualquer das
alternativas, seria necessária a utilização de um dispositivo que
automaticamente executasse a classificação da água no início da captação, de
forma que todos os tipos de detritos pudessem ser descartados, eliminando-se
a possibilidade de contaminação da água por poeiras, fezes de passarinhos e
outros. Conforme demonstrado anteriormente, um dispositivo de classificação
da água pode ser perfeitamente confeccionado, sendo que a automação da
operação pode ser totalmente hidráulica.
93
6 CONCLUSÃO
Neste trabalho se buscou verificar a possibilidade de redução do
consumo de água nova e de efluentes da seguinte forma: com melhoria da
manutenção e do controle operacional; com reuso no mesmo processo unitário;
com reuso entre operações unitárias da mesma unidade de processo; com
reuso entre unidades de processo diferentes; e redução expressiva do uso com
a quebra do paradigma tecnológico. A regeneração para reuso e/ou reciclo
também foi abordada neste estudo de caso, no sentido de se verificar mais a
sua implicação econômica no contexto atual do que sua viabilidade técnica
propriamente dita, uma vez que algumas formas para executar o tratamento do
efluente considerado estão disponíveis.
Conforme abordado, a redução do consumo de água nas unidades
operacionais da metalurgia deve começar pela melhoria do estado das
instalações de uma forma geral. A manutenção e instalação de simples
rotâmetros já trariam uma boa economia de água nos processos, visto que,
conforme exemplificado, ocorrem perdas por falta de controle. Nesta mesma
linha, o treinamento dos operadores para a conscientização ambiental deve ser
reforçado, pois se pode verificar o não cumprimento de tarefas simples, como a
de se fechar válvulas de admissão de água em equipamentos fora de
operação.
O reuso no mesmo processo unitário considerou o estudo de
oportunidade de reutilizar água com pequenas modificações nas instalações.
Um exemplo de levantamento dessa oportunidade foi o do reuso da água do
Tanque III no Tanque II no processo de lavagem do vergalhão após a
decapagem. As modificações propostas são bastante simples e podem
resultar na economia nominal de cerca de 4m3/h de água nova e de geração de
efluente na mesma proporção.
O reuso entre unidades de processo diferentes considerou a
oportunidade de se aproveitar uma água efluente de um processo que
apresentasse qualidade que atendesse ao padrão de qualidade exigido na
entrada de um outro processo. Nos casos estudados, verificou-se a
possibilidade de se utilizar os efluentes de processos como água de reposição
das torres de resfriamento. A vantagem da torre de resfriamento é que sua
94
operação favorece tremendamente a logística do reuso da água, uma vez que
a mesma fica em funcionamento contínuo. Um outro caso de reuso considerou
a substituição de um condensado, gerado num processo que tem previsão de
encerramento em curto prazo, que é utilizado para operações de limpeza na
Eletrólise pelo efluente do processo de lavagem do vergalhão da unidade de
Laminação.
A avaliação para a redução expressiva do uso da água com a
quebra do paradigma tecnológico consistiu em se verificar a razão da sua
utilização no processo e as possibilidades de se reformular a concepção do
projeto de processo. Um dos casos que se pode vislumbrar e discutir foi o da
decapagem do vergalhão. O desenvolvimento do projeto de processo pode ser
estudado e revisado preliminarmente sob o ponto de vista da tecnologia limpa,
de forma que se procure viabilizar o controle da oxidação da superfície do
vergalhão no processo anterior. Dessa forma, o estudo poderá resultar na
eliminação da etapa de decapagem, que é constituída por tanques de
decapagem, retificador de corrente elétrica, cubas eletrolíticas para a
eletrorecuperação do cobre da solução de decapagem, bombas, tubulação e
outros equipamentos. Além dos benefícios citados, a eliminação da etapa de
decapagem acabaria por dispensar o uso do ácido sulfúrico, que corrói as
instalações e afeta a salubridade do ambiente operacional.
O trabalho com a água da chuva tem o condão de ser estritamente
ecológico, porque a redução de custo não seria relevante, já que o volume
recuperado é muito pequeno em relação ao total captado nos poços e o custo é
comparável aquele de captação da água bruta. Mas, de qualquer forma
considera-se o trabalho importante, porque uma vazão equivalente, em base
horária, a 6,7m3/h é enviada para a rede pluvial, sendo descartada para o mar
pela CETREL. Para efeito de comparação, este volume seria suficiente para o
consumo diário de cerca de 160 famílias. Das alternativas apresentadas, a que
parece mais palpável é a da utilização da água de chuva como
complementação da água alimentada na unidade de desmineralização e na
caldeira. Um aspecto positivo para a implementação desta idéia é o fato da
planta contar com longos trechos de pipe racks, que serviriam de suporte para
a instalação das calhas. Um aspecto que demandaria muito investimento seria
o de se adequar os sistemas de calhas dos prédios para permitir o
95
direcionamento da água para uma ou mais calhas que seriam interligadas nos
pipes racks.
Conforme pode ser demonstrado, existem algumas oportunidades de
racionalização do uso de água nas unidades da Eletrólise, Laminação e
Laboratório, com benefícios econômicos e ambientais. Operacionalmente, o
reuso da água não só reduz os custos diretamente implicados como determina
novos desempenhos, como o que poderá acontecer com a UTE. A redução de
cerca de 15m3/h de efluentes para a UTE determinaria maior tempo de
residência nos tanques de processo daquela unidade, com prováveis
benefícios para a estabilidade do processo como um todo.
As recomendações apresentadas consideram tecnologias de amplo
conhecimento e domínio do estado da arte atual, portanto são bem simples de
se detalhar e executar. A avaliação econômica considerando 30% a mais de
investimentos, 30% a mais de custos operacionais e 70% do valor calculado
para a economia (receita no fluxo de caixa) apontou para uma TIR de 57% e
tempo de retorno do investimento de 2 anos, que é muito bem aceito para os
padrões da gestão econômica da empresa alvo desse estudo de caso.
Conforme pode ser verificado neste texto, objetivou-se apenas
levantar algumas situações para exemplificar oportunidades de redução do
consumo de água em uma metalurgia de cobre primário. Evidentemente, um
estudo mais detalhado e considerando as demais correntes de água deverá
revelar ganhos bem maiores. Vale ressaltar que, considerando o contexto
atual e local, a execução de projetos como os que serviram de exemplos neste
trabalho, mesmo revelando baixos tempos de retorno de investimentos, podem
não ser implementados devido aos pequenos valores envolvidos para o porte
da empresa.
96
7 RECOMENDAÇÕES
Este trabalho tratou de estudar o uso da água em algumas unidades
de processo da metalurgia de cobre e identificou oportunidades para revisão de
práticas que podem ser aplicadas em outros locais da empresa. Na Laminação,
por exemplo, não puderam ser estudadas alternativas para recuperação de
águas que são utilizadas para resfriamento e lubrificação no laminador. Para
essas águas, que representam cerca de 10% da vazão consumida na unidade,
o tratamento atual estabelecido é o de separação do óleo em uma caixa e o
descarte desta para a rede CETREL, como efluente orgânico.
O aprofundamento de certas questões, como o caso do estudo para
a eliminação do processo de decapagem do vergalhão, poderá criar
metodologias e cultura de investigação para a revisão de projetos de processos
com os fundamentos da tecnologia limpa, criando-se oportunidades ímpares de
desenvolvimento na produção do cobre primário, contribuindo para se ter
processo de produção ambientalmente mais correto.
97
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Anexo A – Diagrama do fluxo de processo da metalurgia
CONCENTRADO
BLEND
ESCÓRIA GASES
MATTE MATTE
ESCÓRIA GASES
BLISTER
ÂNODO
ELETRÓLITO
CÁTODO
VERGALHÃO
SUCA
TAS
RECEPÇÃO E ESTOCAGEM DE
MATÉRIAS- PRIMAS
FUSÃO (FORNO FLASH )
MISTURA E SECAGEM DE MATÉRIAS- PRIMAS
FORNO ELÉTRICO
CONVERSÃO
UAS
ÁCIDO SULFÚRICO
98%
ESCÓRIA GRANULADA
PLANTA DE ÓLEUM
UTE
REFINO A FOGO E MOLDAGEM
LAMA DE GESSO
EFLUENTE LÍQUIDO
ÓLEUM 22%
REFINO ELETROLÍTICO
LAMA ANÓDICA
PURIFICAÇÃO DO ELETRÓLITO
CÁTODO
LAMINAÇÃO
VERGALHÃO SULFATO DE NÍQUEL
PLANTA DE SO3
LÍQUIDO
SO3
LÍQUIDOLAMA DE COBRE
TREFILA
FIOTREFILADO
Anexo B – Balanço hídrico da metalurgia
21,5
27,2 25,2
3,0
6,4 2,0
37,0
38,4
29,4
1,0 2,1
27,0 3,7 3,0
15,0 76,4
0,2
12,7
2,0
130,9
161,0 3,1
6,7
11,8
347,4 12,0
21,3 21,5
328,9 322,2
0,1
18,5 16,0
16,5 0,5
4,5 8,7
1,7 0,5
18,5 1,4 3,7
12,2
2,0
4,8
10,5
3,7
2,0 0,7
3,0 4,3
83,3
180,7 199,2
1,9 10,8
19,0 18,5
6,3
14,3
18,5
4,2
POÇOS
ETA
ÁGUA POTÁVEL
JARDINAGEM
UNIDADE DESMI
GERAÇÃODE VAPOR
FUNDIÇÃO
ELETRÓLISE
LABORATÓRIO
UAS
LAMINAÇÃO
TORRES DE RESFRIAMENTO
TANQUE DE GRANULAÇÃO
UTE
RODA DEMOLDAGEM
PLANTA DE OXIGÊNIO
BACIA DE EFLUENTES
ÁGUA INDUSTRIAL
EFLUENTE ORGÂNICO
PARACETREL
ESCÓRIA
LAMA DE GESSO
PRODUTOS
DISTRIBUIÇÃO
EFLUENTE ORGÂNICO
TORRE DE RESFRIAMENTO
DA ELETRÓLISE
LEGENDA:
EFLUENTE INORGÂNICO
ÁGUA INDUSTRIAL / POTÁVEL
ÁGUA BRUTA
EFLUENTE ORGÂNICO
ÁGUA DESMINERALIZADA
VAPOR
CONDENSADO PURO
EVAPORAÇÃO
PRODUTOS
ÁGUA DE CHUVA
ÁGUA DA TORRE
TORRES DE RESFRIAMENTODA LAMINAÇÃO
DISTRIBUIÇÃO
Anexo C - Diagrama do uso de água na Eletrólise
8,70 4,80
0,30
0,13 0,39
7,38 0,63
0,21
4,46
8,92
12,2
1,83
0
1,13
1,67
2,04
0,3 0
11,9 0,54
0,54
10,5
2,04 0,30 0,29 0,29 0,02 0,67 3,66 0,54
2,04
3,61
AQUECIMENTO DOELETRÓLITO
PRODUÇÃO DE SULFATO DE
NÍQUEL IMPURO
TRATAMENTO DA LAMA ANÓDICA
SELAGEM E REFRIGERAÇÃO DE BOMBAS E AJUSTE
DE VAPOR
LAVAGEM DE TORTA DE
FILTRAÇÃO
LAVAGEM DE
CÁTODOS
LAVAGEM DE SUCATAS DE
ÂNODO
LAVAGEM DE CUBAS, PISOS E
CONTATOS
LAVAGEM DE CHAPAS DE
PARTIDA
CONDENSADO PURO
CONDENSADO IMPURO
TORRE DE RESFRIAMENTOCONDENSAÇÃO DE
VAPOR E REFRIGERAÇÃO DE
EQUIPAMENTOS
VAPOR
ÁGUA DESMI-NERALIZADA
ÁGUA INDUSTRIAL / POTÁVEL
ÁGUA DA TORRE
CALDEIRA
UTE
ATMOSFERA
HIGIENE HUMANA
EFLUENTE ORGÂNICO
ATMOSFERA
LEGENDA:
ÁGUA INDUSTRIAL / POTÁVEL
EFLUENTE ORGÂNICO
ÁGUA DESMINERALIZADA
VAPOR
CONDENSADO PURO
CONDENSADO IMPURO
ÁGUA EVAPORADA
ÁGUA DE TORRE
OUTROS TIPOS DE ÁGUA
EFLUENTE INORGÂNICO
EFLUENTE GERAL
EFLUENTE GERAL
Anexo D - Diagrama do uso de água na Laminação
REFRIGERAÇÃO DO FORNO DE
FUSÃO
LINGOTAMENTO
LAMINAÇÃO
DECAPAGEM
TORRE DE RESFRIAMENTO
04
REFRIGERAÇÃO DO FORNO DE INDUÇÃO E
AR CONDICIONADO
ÁGUA INDUSTRIAL / POTÁVEL
UTE
ATMOSFERA
HIGIENE HUMANA
EFLUENTE ORGÂNICO
LEGENDA:
ÁGUA INDUSTRIAL / POTÁVEL
EFLUENTE INORGÂNICO
EFLUENTE ORGÂNICO
ÁGUA EVAPORADA
ÁGUA DE TORRE
ATMOSFERA
TORRE DE RESFRIAMENTO
07
TANQUES DE LAVAGEM
CONDICIONAMENTO DA EMULSÃO
RECUPERAÇÃODO COBRE
ELECTROWINNING
CONDICIONAMENTO DA ÁGUA
SEPARAÇÃO DE ÓLEO
EFLUENTE GERAL
EFLUENTE GERAL
EXAUSTÃO E LAVAGEM DOS
GASES
2,0
7,8
0,4
10,0
8,5
37,6
9,2
13,3
ATMOSFERA
2,2
6,5
ENSABOAMENTO
UTE
0,4
4,1
2,5
MATÉRIA-PRIMA
VERGALHÃO DE COBRE
Anexo E - Fluxo de caixa do investimento no Laboratório
1- PLANILHA DA ECONOMIA COM O REUSO DE ÁGUAS
ANO 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10DATA 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
ECONOMIA TOTAL 3.252,76 3.252,76 3.252,76 3.252,76 3.252,76 3.252,76 3.252,76 3.252,76 3.252,76 3.252,76
2- PLANILHA INVESTIMENTOS
INVESTIMENTO TOTAL 8.745,00
3- PLANILHA DE DEPRECIAÇÃO
DEPRECIAÇÃO TOTAL 125,00 125,00 125,00 125,00 125,00 125,00 125,00 125,00 125,00 125,00
4- PLANILHA DE CUSTOS
CUSTO TOTAL 116,71 116,71 116,71 116,71 116,71 116,71 116,71 116,71 116,71 116,71
5- PLANILHA DO FLUXO DE CAIXA
ANO 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
ECONOMIA TOTAL 3.252,76 3.252,76 3.252,76 3.252,76 3.252,76 3.252,76 3.252,76 3.252,76 3.252,76 3.252,76
CUSTO TOTAL 116,71 116,71 116,71 116,71 116,71 116,71 116,71 116,71 116,71 116,71
RECEITA LIQUIDA 3.136,05 3.136,05 3.136,05 3.136,05 3.136,05 3.136,05 3.136,05 3.136,05 3.136,05 3.136,05
DEPRECIAÇÃO 125,00 125,00 125,00 125,00 125,00 125,00 125,00 125,00 125,00 125,00
LUCRO LIQUIDO 3.011,05 3.011,05 3.011,05 3.011,05 3.011,05 3.011,05 3.011,05 3.011,05 3.011,05 3.011,05
INVESTIMENTOS 8.745,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
DEPRECIACAO 125,00 125,00 125,00 125,00 125,00 125,00 125,00 125,00 125,00 125,00
VALOR RESIDUAL / CAPITAL DE GIRO 0,00 -874,50
CAIXA LIQUIDO -8.745,00 3.136,05 3.136,05 3.136,05 3.136,05 3.136,05 3.136,05 3.136,05 3.136,05 3.136,05 4.010,55
6- QUADRO GERAL
VALOR / CÁLCULOTAXA DE DESCONTO 15%VPL DO PROJETO 6.269,80VPI DO PROJETO 7.604,35TAXA INTERNA DE RETORNO 34,14%EFICIÊNCIA 82%
TEMPO DE RETORNO 2 anos e 9 meses
Anexo F - Fluxo de caixa do investimento na Eletrólise
1- PLANILHA DA ECONOMIA COM O REUSO DA ÁGUA
ANO 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10DATA 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
ECONOMIA TOTAL 43.076,87 43.076,87 43.076,87 43.076,87 43.076,87 43.076,87 43.076,87 43.076,87 43.076,87 43.076,87
2- PLANILHA INVESTIMENTOS
INVESTIMENTO TOTAL 32.516,00
3- PLANILHA DE DEPRECIAÇÃO
DEPRECIAÇÃO TOTAL 2.086,00 2.086,00 2.086,00 2.086,00 2.086,00 2.086,00 2.086,00 2.086,00 2.086,00 2.086,00
4- PLANILHA CUSTOS
CUSTO TOTAL 1.411,00 1.411,00 1.411,00 1.411,00 1.411,00 1.411,00 1.411,00 1.411,00 1.411,00 1.411,00
5- PLANILHA DO FLUXO DE CAIXA
ANO 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
ECONOMIA TOTAL 43.076,87 43.076,87 43.076,87 43.076,87 43.076,87 43.076,87 43.076,87 43.076,87 43.076,87 43.076,87
CUSTO TOTAL 1.411,00 1.411,00 1.411,00 1.411,00 1.411,00 1.411,00 1.411,00 1.411,00 1.411,00 1.411,00
RECEITA LIQUIDA 41.665,87 41.665,87 41.665,87 41.665,87 41.665,87 41.665,87 41.665,87 41.665,87 41.665,87 41.665,87
DEPRECIAÇÃO 2.086,00 2.086,00 2.086,00 2.086,00 2.086,00 2.086,00 2.086,00 2.086,00 2.086,00 2.086,00
LUCRO LIQUIDO 39.579,87 39.579,87 39.579,87 39.579,87 39.579,87 39.579,87 39.579,87 39.579,87 39.579,87 39.579,87
INVESTIMENTOS 32.516,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
DEPRECIACAO 2.086,00 2.086,00 2.086,00 2.086,00 2.086,00 2.086,00 2.086,00 2.086,00 2.086,00 2.086,00
VALOR RESIDUAL / CAPITAL DE GIRO 0,00 -3.251,60
CAIXA LIQUIDO -32.516,00 41.665,87 41.665,87 41.665,87 41.665,87 41.665,87 41.665,87 41.665,87 41.665,87 41.665,87 44.917,47
6- QUADRO GERAL
VALOR / CÁLCULOTAXA DE DESCONTO 15%VPL DO PROJETO 154.260,09VPI DO PROJETO 28.274,78TAXA INTERNA DE RETORNO 128,11%EFICIÊNCIA 546%
TEMPO DE RETORNO 9 meses
Anexo G - Fluxo de caixa do investimento no Electrowinning
1- PLANILHA DA ECONOMIA COM O REUSO DA ÁGUA
ANO 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10DATA 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
ECONOMIA TOTAL 13.010,93 13.010,93 13.010,93 13.010,93 13.010,93 13.010,93 13.010,93 13.010,93 13.010,93 13.010,93
2- PLANILHA INVESTIMENTOS
INVESTIMENTO TOTAL 22.286,00
3- PLANILHA DE DEPRECIAÇÃO
DEPRECIAÇÃO TOTAL 1.536,00 1.536,00 1.536,00 1.536,00 1.536,00 1.536,00 1.536,00 1.536,00 1.536,00 1.536,00
4- PLANILHA CUSTOS
CUSTO TOTAL 777,64 777,64 777,64 777,64 777,64 777,64 777,64 777,64 777,64 777,64
5- PLANILHA DO FLUXO DE CAIXA
ANO 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
ECONOMIA TOTAL 13.010,93 13.010,93 13.010,93 13.010,93 13.010,93 13.010,93 13.010,93 13.010,93 13.010,93 13.010,93
CUSTO TOTAL 777,64 777,64 777,64 777,64 777,64 777,64 777,64 777,64 777,64 777,64
RECEITA LIQUIDA 12.233,29 12.233,29 12.233,29 12.233,29 12.233,29 12.233,29 12.233,29 12.233,29 12.233,29 12.233,29
DEPRECIAÇÃO 1.536,00 1.536,00 1.536,00 1.536,00 1.536,00 1.536,00 1.536,00 1.536,00 1.536,00 1.536,00
LUCRO LIQUIDO 10.697,29 10.697,29 10.697,29 10.697,29 10.697,29 10.697,29 10.697,29 10.697,29 10.697,29 10.697,29
INVESTIMENTOS 22.286,00 - - - - - - - - - -
DEPRECIACAO 1.536,00 1.536,00 1.536,00 1.536,00 1.536,00 1.536,00 1.536,00 1.536,00 1.536,00 1.536,00
VALOR RESIDUAL / CAPITAL DE GIRO 0,00 -2.228,60
CAIXA LIQUIDO -22.286,00 12.233,29 12.233,29 12.233,29 12.233,29 12.233,29 12.233,29 12.233,29 12.233,29 12.233,29 14.461,89
6- QUADRO GERAL
VALOR / CÁLCULOTAXA DE DESCONTO 15%VPL DO PROJETO 34.487,76VPI DO PROJETO 19.379,13TAXA INTERNA DE RETORNO 54,24%EFICIÊNCIA 178%
TEMPO DE RETORNO 1 ANO E DEZ MESES
Anexo H - Desenho esquemático dos tanques de lavagem
VISTA DE TOPO
VISTA FRONTAL
Divisória sem transbordo
Divisória com transbordoTubo de transbordo
Alimentação água nova
Alimentação água nova
Divisória sem transbordo
Divisória com transbordo
Alimentação água nova
Recirculaçãode água
Recirculaçãode água
Tubo de transbordo
Tubo de transbordo
Alimentação água nova
TQ-03 TQ-02 TQ-01
TQ-03 TQ-02
Bicos de lavagem
TQ-01
Tubo de transbordo
Anexo I - Fluxo de caixa do investimento na decapagem
1- PLANILHA DA ECONOMIA COM O REUSO DA ÁGUA
ANO 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10DATA 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
ECONOMIA TOTAL 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95
2- PLANILHA INVESTIMENTOS
INVESTIMENTO TOTAL 5.000,00
3- PLANILHA DE DEPRECIAÇÃO
DEPRECIAÇÃO TOTAL
4- PLANILHA CUSTOS
CUSTO TOTAL
5- PLANILHA DO FLUXO DE CAIXA
ANO 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
ECONOMIA TOTAL 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95
CUSTO TOTAL - - - - - - - - - -
RECEITA LIQUIDA 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95
DEPRECIAÇÃO - - - - - - - - - -
LUCRO LIQUIDO 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95
INVESTIMENTOS 5.000,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
DEPRECIACAO 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
VALOR RESIDUAL / CAPITAL DE GIRO 0,00 -500,00
CAIXA LIQUIDO -5.000,00 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.260,95 18.760,95
6- QUADRO GERAL
VALOR / CÁLCULOTAXA DE DESCONTO 15%VPL DO PROJETO 75.453,11VPI DO PROJETO 4.347,83TAXA INTERNA DE RETORNO 365,22%EFICIÊNCIA 1735%
TEMPO DE RETORNO 3 meses
Anexo J - Fluxo de caixa do investimento geral
1- PLANILHA DA ECONOMIA COM O REUSO DA ÁGUA
ANO 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10DATA 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
ECONOMIA TOTAL 77.601,51 77.601,51 77.601,51 77.601,51 77.601,51 77.601,51 77.601,51 77.601,51 77.601,51 77.601,51
2- PLANILHA INVESTIMENTOS
INVESTIMENTO TOTAL 68.547,00
3- PLANILHA DE DEPRECIAÇÃO
DEPRECIAÇÃO TOTAL
4- PLANILHA CUSTOS
CUSTO TOTAL 2.305,35 2.305,35 2.305,35 2.305,35 2.305,35 2.305,35 2.305,35 2.305,35 2.305,35 2.305,35
5- PLANILHA DO FLUXO DE CAIXA
ANO 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
ECONOMIA TOTAL 77.601,51 77.601,51 77.601,51 77.601,51 77.601,51 77.601,51 77.601,51 77.601,51 77.601,51 77.601,51
CUSTO TOTAL 2.305,35 2.305,35 2.305,35 2.305,35 2.305,35 2.305,35 2.305,35 2.305,35 2.305,35 2.305,35
RECEITA LIQUIDA 75.296,16 75.296,16 75.296,16 75.296,16 75.296,16 75.296,16 75.296,16 75.296,16 75.296,16 75.296,16
DEPRECIAÇÃO - - - - - - - - - -
LUCRO LIQUIDO 75.296,16 75.296,16 75.296,16 75.296,16 75.296,16 75.296,16 75.296,16 75.296,16 75.296,16 75.296,16
INVESTIMENTOS 68.547,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
DEPRECIACAO 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
VALOR RESIDUAL / CAPITAL DE GIRO 0,00 -6.854,70
CAIXA LIQUIDO -68.547,00 75.296,16 75.296,16 75.296,16 75.296,16 75.296,16 75.296,16 75.296,16 75.296,16 75.296,16 82.150,86
6- QUADRO GERAL
VALOR / CÁLCULOTAXA DE DESCONTO 15%VPL DO PROJETO 270.470,77VPI DO PROJETO 59.606,09TAXA INTERNA DE RETORNO 109,79%EFICIÊNCIA 454%
TEMPO DE RETORNO 11 meses
Anexo K - Fluxo de caixa do investimento geral - análise de risco
1- PLANILHA DA ECONOMIA COM O REUSO DA ÁGUA
ANO 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10DATA 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
ECONOMIA TOTAL 54.321,06 54.321,06 54.321,06 54.321,06 54.321,06 54.321,06 54.321,06 54.321,06 54.321,06 54.321,06
2- PLANILHA INVESTIMENTOS
INVESTIMENTO TOTAL 89.111,10
3- PLANILHA DE DEPRECIAÇÃO
DEPRECIAÇÃO TOTAL
4- PLANILHA CUSTOS
CUSTO TOTAL 2.996,96 2.996,96 2.996,96 2.996,96 2.996,96 2.996,96 2.996,96 2.996,96 2.996,96 2.996,96
5- PLANILHA DO FLUXO DE CAIXA
ANO 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
ECONOMIA TOTAL 54.321,06 54.321,06 54.321,06 54.321,06 54.321,06 54.321,06 54.321,06 54.321,06 54.321,06 54.321,06
CUSTO TOTAL 2.996,96 2.996,96 2.996,96 2.996,96 2.996,96 2.996,96 2.996,96 2.996,96 2.996,96 2.996,96
RECEITA LIQUIDA 51.324,10 51.324,10 51.324,10 51.324,10 51.324,10 51.324,10 51.324,10 51.324,10 51.324,10 51.324,10
DEPRECIAÇÃO - - - - - - - - - -
LUCRO LIQUIDO 51.324,10 51.324,10 51.324,10 51.324,10 51.324,10 51.324,10 51.324,10 51.324,10 51.324,10 51.324,10
INVESTIMENTOS 89.111,10 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
DEPRECIACAO 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
VALOR RESIDUAL / CAPITAL DE GIRO 0,00 -8.911,11
CAIXA LIQUIDO -89.111,10 51.324,10 51.324,10 51.324,10 51.324,10 51.324,10 51.324,10 51.324,10 51.324,10 51.324,10 60.235,21
6- QUADRO GERAL
VALOR / CÁLCULOTAXA DE DESCONTO 15%VPL DO PROJETO 148.413,37VPI DO PROJETO 77.487,91TAXA INTERNA DE RETORNO 57,03%EFICIÊNCIA 192%
TEMPO DE RETORNO 1 ano e 9 meses
Anexo L – Desenho esquemático do tanque de separação 1- Início da chuva - descarte inicial da água 2 – Durante a chuva - interligação das calhas
Calha fixa
Queda da água de descarte
Calha articulável
TANQUE DE
CONDENSADO
Microdreno
Bóia suportada para a elevação da calha
articulável
Calha de interligação
com o tanque
Calha fixa
Interligação das calhas
Calha articulável
Microdreno
Bóia suportada para a elevação da calha
articulável
Calha de interligação
com o tanque
TANQUE DE
CONDENSADO