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Sustentabilidade na Indústria – Parte 2

Por Ewerton Calixto em 19 de junho de 2021

Inovações tecnológicas

Reúso de Água

Diversas empresas vêm implementando com sucesso estratégias de reúso direto de efluentes, que são previamente tratados por meio de equipamentos avançados de tratamento (nível terciário ou polimento), tais como: MBR (Membrane Bioreactor), MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor), Processos Oxidativos Avançados (UV, H2O2, O3, osmose reversa), reatores anaeróbios para cogeração de energia. Várias destas estão sendo aprimoradas e intensificadas no sentido de corresponder às necessidades da indústria 4.0, tornando-as mais eficientes, compactas e confiáveis. Além disso, técnicas de intensificação e síntese de redes de equipamentos para tratamento vêm sendo automatizadas em softwares robustos [1].

Simbiose Industrial

A integração interplant para água e energia possibilita uma simbiose entre empresas de um determinado polo ou parque industrial, o qual pode ser enxergado como um único processo e onde cada empresa pode ser encarada como uma operação [2]. Além disso, esta integração faz com que atividades humanas estejam relacionadas não apenas a uma empresa, mas também a um complexo ecoindustrial, gerando intercâmbios mutuamente benéficos e proporcionando novas oportunidades de negócios por meio de um novo mercado interno de água e energia onde uma empresa pode, ao mesmo tempo, ser cliente e fornecedora destes insumos para as demais empresas. O estado-da-arte em termos de redução no consumo de água e demais insumos de uma cadeia produtiva encontra-se na aplicação do conceito de Diagrama de Fontes [3]. Por meio desta abordagem é possível economizar no consumo, não apenas de água, mas também em redes de hidrogênio verde, sistemas de água de resfriamento, tratamento de efluentes, cadeia de suprimentos, na otimização da distribuição de leitos hospitalares e na minimização das emissões de gases do efeito estufa.

Eficiência Energética

Os constantes gaps tecnológicos presentes em diversos tipos de indústrias vêm impulsionando o desenvolvimento de novas abordagens para aumentar o ganho em produtividade e redução de custos operacionais. Dentre os muito esforços que vêm sendo envidados encontram-se os seguintes:

  • Otimização do tempo de campanha de limpeza de trocadores de calor: A presença de fouling ou incrustações nos tubos e cascos dos trocadores de calor das indústrias, faz com haja a necessidade de uma programação eficiente para parada e limpeza dos trocadores. A otimização do tempo de limpeza é fundamental para garantir que desperdícios, como aumentos de vazões desnecessários por longo período sejam evitados;
  • Monitoramento de Fouling em tempo real: O acompanhamento da perda de eficiência de um trocador de calor em função do aumento da formação der fouling é uma ação de grande importância para a indústria de processos químicos na garantia da manutenção ótima e na programação apropriada do tempo de campanha de limpeza do trocador;
  • Integração e projeto ótimo de trocadores de calor: O projeto de trocadores de calor acompanhado da otimização dos mesmos evita o superdimensionamento e os desperdícios inerentes. A integração energética de trocadores otimizados permite reduções ainda maiores no consumo de utilidades quente e fria e no OPEX do processo;
  • Melhorias no tratamento de superfícies de troca térmica: A substituição de dispositivos e superfícies de equipamentos de troca térmica vem sendo usada como uma excelente alternativa no para o aumento na eficiência de transferência de calor, principalmente durante REVAMPS de plantas.

Ferramentas Computacionais

Estas metodologias para a maximização do reúso de água em processos industriais e para integração energética vêm sendo aprimoradas e automatizadas ao longo dos anos, sendo incluídas em pacotes computacionais amigáveis ao usuário, como é o caso do MINEA v2.0 e AtHENS v3.0.

MINEA: Minimização de Efluentes Aquosos

O MINEA [4] é um software desenvolvido pelo Grupo de Intensificação de Processos Químicos (GIPQ) da Escola de Química da UFRJ. Por meio da técnica do Diagrama de Fontes de Água é possível usar o MINEA para gerar diversos cenários (fluxogramas) de máximo reúso para tomada de decisão. A possibilidade de considerar múltiplas fontes de água internas e externas em conjunto com múltiplos contaminantes de maneira simples e robusta é o grande diferencial do DFA presente no MINEA v2.0.

AtHENS: Automatic Heat Exchanger Network Systems

A exemplo do MINEA, o AtHENS [5] é um software desenvolvido pelo GIPQ e que se encontra na versão 3.0 com vários aprimoramentos em relação às versões anteriores tais como:

  1. Tecnologia Pinch aprimorada e geração automática da rede de trocadores;
  2. Projeto ótimo de trocadores de calor;
  3. Previsão do tempo de campanha de limpeza dos trocadores;
  4. Monitoramento de Fouling em tempo real com RTO.
Simulador ETESIM/Torre de Resfriamento

A análise de sistemas de tratamento de efluentes (ETEs) e torres de resfriamento pode ser feita de maneira robusta com o auxílio do sistema especialista ETESIM [1]. Por meio deste software é possível realizar a simulação e a síntese dos equipamentos de uma ETE.

  • Simulação: No modo de simulação o usuário pode escolher quais equipamentos deseja analisar.
  • Síntese: No modo de síntese um fluxograma com uma sequência de equipamentos é gerado de acordo com critérios de custo mínimo e máxima eficiência de remoção.

Para ambas as alternativas o cálculo preliminar do custo total CAPEX + OPEX é realizado bem como a estimativa do consumo energético do processo. Além disso, o software pode ser utilizado simultaneamente para análise conjunta (TOTAL SITE) do sistema de tratamento de efluentes e de torres de resfriamento que recebem o efluente tratado como make-up.

Referências

  1. E. E. da S. Calixto, F. L. P. Pessoa, L. Yokoyama, S. Pagnin, and A. A. Veiga, “PROCEDIMENTO PARA AVALIAÇÃO DE ALTERNATIVAS DE REUSO DE ÁGUA EM SISTEMAS RESFRIAMENTO,” in Demandas Essenciais para o Avanço da Engenharia Sanitária e Ambiental 4, Atena Editora, 2020, pp. 247–259.
  2. E. E. S. Calixto, A. C. L. Quaresma, E. M. Queiroz, and F. L. P. Pessoa, “Water Sources Diagram in Multiple Contaminant Industrial Case Studies: Adoption of a Decomposition Approach,” Industrial & Engineering Chemistry Research, vol. 54, no. 41, pp. 10040–10053, Oct. 2015, doi: 10.1021/acs.iecr.5b01749.
  3. E. E. da S. Calixto, F. L. P. Pessoa, R. C. Mirre, F. da S. Francisco, and E. M. Queiroz, “Water Sources Diagram and Its Applications,” Processes, vol. 8, no. 3, p. 313, Mar. 2020, doi: 10.3390/pr8030313.
  4. R. C. Mirre, F. da S. Francisco, E. E. da S. Calixto, F. L. P. Pessoa, and E. M. Queiroz, “MINEA, Software para a Minimização do Consumo de Água em Processos Químicos com Base no Diagrama de Fontes de Água (DFA),” 11o Congreso Interamericano de Computación Aplicada a la Industria de Procesos – CAIP, vol. 1, no. 1, 2013, [Online]. Available: http://congreso.pucp.edu.pe/caip2013/pdf/ID191-Mirre.pdf.
  5. F. S. Liporace, F. L. P. Pessoa, and E. M. Queiroz, “AtHENS (Automatic Heat Exchanger Networks Synthesis) Performance,” Latin American Applied Research, vol. 31, no. 5, pp. 383–390, 2001.