Três práticas para resfriamento sustentável

Você está procurando maneiras de tornar seu sistema de resfriamento mais sustentável? À medida que mais e mais indústrias estão buscando maneiras de melhorar a eficiência e atender às metas ambientais, as práticas sustentáveis de tratamento de água evoluíram para atender à demanda.

Métodos e considerações para resfriamento sustentável

Há três caminhos principais a serem considerados ao tornar seu sistema de refrigeração mais sustentável:

• Aumento dos ciclos de concentração da torre de resfriamento (controle do pH da alimentação de ácido)
• Usar fontes de água de reposição alternativas/não convencionais
• Torres de resfriamento em cascata

Aumento dos ciclos de concentração da torre de resfriamento

A Figura 1 mostra que após seis ou sete ciclos de concentração, o potencial de economia de água é pequeno em comparação com o aumento nas concentrações de contaminantes da água circulante.

O gráfico na Figura 1 representa a seguinte equação:

Maquiagem = evaporação + purga

Amaciamento de zeólito de sódio

O amolecimento da zeólita de sódio é um método de aumento dos ciclos de concentração. A redução de cálcio e magnésio no fluxo de reposição da torre de resfriamento geralmente se traduz em ciclos mais altos se os índices de saturação de incrustação relacionados à dureza forem os fatores limitantes (LSI, MgSiO₃, CPSI). Se outro componente de água, como cloreto, sílica ou condutividade/TDS, for o fator limitante, então o abrandamento da água pode não levar a ciclos mais altos de concentração. 

Para aumentar os ciclos de concentração:

• Remova a dureza da água de reposição usando amaciantes 
• Limitar a formação de incrustação de carbonato de cálcio
• Substitua a dureza por sódio
  • A dureza é cálcio e magnésio (dureza temporária causada por bicarbonatos de íons de cálcio e magnésio) 
  • O generante é sal (cloreto de sódio) 
• Troca de íons (nada criado ou destruído) 

O amolecimento parcial por meio da troca iônica de zeólita sódica visa reduzir:

• A natureza agressiva/corrosiva da água de reposição
  • Frequência de regeneração e uso de sal
  • Concentração de dosagem dos componentes ativos do tratamento com inibidor de corrosão

Os seguintes fatores devem ser considerados antes do amolecimento:

• Custo de entrega de sal
• Água usada durante os ciclos de regeneração da resina
• A água de reposição 100% amolecida é altamente agressiva para componentes de sistema de torre de resfriamento e tubulação de aço de baixo carbono
  • As perturbações do amaciante levarão à rápida descamação se não forem detectadas imediatamente, pois o programa de tratamento não é projetado para alto potencial de descamação

Como mencionado anteriormente, a água de reposição que entra pode ser parcialmente amaciada para mitigar o risco de transtorno do amaciador. O amolecimento parcial pode ser obtido misturando-se válvulas para adicionar água de reposição bruta ao efluente de água 100% mole do amaciador. A porcentagem de amolecimento é determinada pelas condições do sistema e ciclos desejados de concentração.

Alimentação ácida

A alimentação ácida para controle em um pH específico pode melhorar o desempenho de inibidores de corrosão inorgânicos, como ortofosfato, e manter suas solubilidades e eficácia geral.

Motivos para a alimentação ácida

• Controlar a incrustação de carbonato de cálcio (CaCO₃) no resfriamento industrial
• Controlar a escala de fosfato de cálcio (Ca₃(PO₄)₂) (os ciclos podem ser aumentados)
• Ajudar a controlar a precipitação de zinco
• Melhorar a eficácia do cloro e hipoclorito para o controle microbiológico
• Melhore a inibição da corrosão com ortofosfato
  • A formação da película de óxido de ferro gama ortofosfato é mais forte em pH 6,8–7,2

A alimentação ácida pode ser agressiva a vários materiais do sistema porque é altamente densa. Isso pode fazer com que ele ataque o piso da bacia de concreto. A diluição da alimentação ácida pode ajudar a aliviar esses desafios.

Benefícios de um sistema de diluição de ácido

• Menor custo reduzindo a necessidade de ácido
• Executar em pH alcalino baixo para reduzir a necessidade de inibidor de corrosão
• Pode ser necessário alimentar uma dose um pouco maior de inibidor de incrustação, mas em concentrações limiares
• Reduzir o potencial corrosivo da água de resfriamento circulante

A redução limitada do pH (baixa faixa alcalina) da alimentação de ácido é comparável ao abrandamento parcial da água.

Fontes de água de reposição alternativas/não convencionais para resfriamento sustentável

Usar as seguintes fontes de água de reposição pode ajudar a melhorar a sustentabilidade do resfriamento:

1. Água cinza (fluxos de resíduos de processo no local)
2. Permeado de osmose reversa (OR)
3. Concentrado/rejeitar OR
4. Efluentes fornecidos municipalmente

Possíveis benefícios do uso de água cinza

• Reduzir/eliminar a demanda por água fornecida municipalmente
• Reduzir a necessidade de descarga de água cinzenta
• Potencialmente obter grandes economias financeiras, proporcionais ao tamanho e à carga de calor evaporativo colocada no sistema da torre de resfriamento em questão
• O PO₄ ciclado serve como inibidor de corrosão de aço suave e, se suficientemente alto, pode agir anodicamente no papel de passivador em um ambiente de pH neutro
• Demonstrar gestão ambiental responsável

A água cinza geralmente contém um componente elevado de PO₄. Isso significa que ele pode servir como um componente de tratamento contra corrosão de aço suave quando ciclado (benefício). Mas também pode exigir concentrações de dose mais altas de dispersante quando ciclado (desafio).

Possíveis desafios de usar água cinza

• Maior potencial de incrustação relacionada ao fosfato
• Dispersante polimérico residual aumentado
• Pode exigir alimentação ácida para controle de pH
• O PO₄ ciclado é um potencial nutriente microbiano

Benefícios potenciais do uso de permeado de osmose reversa

• Incorporar água de reposição amplamente desprovida de todas as espécies iônicas potencialmente prejudiciais
• Eliminar ânions monovalentes corrosivos (cloreto) e, por padrão, íons divalentes, como sulfato
• Permitir um ciclo excepcionalmente alto da torre de resfriamento, reduzindo significativamente o uso de água de suprimento e subsequente purga da torre de resfriamento (descarga)
• Demonstrar gestão ambiental responsável

Possíveis desafios do uso de permeado de osmose reversa

• Vazamento excessivo do sistema, desvio da torre de resfriamento e perdas por vento podem contribuir para ciclos de concentração elevados inatingíveis
• Alto custo unitário de água
• Água mais agressiva requer maiores resíduos de inibidor de corrosão

Benefícios potenciais do uso de concentrado de osmose reversa (rejeitar)

• Evite possíveis custos de descarga/tratamento de águas residuais (parcialmente, pois ainda haverá purga da torre de resfriamento)
• Reduzir a quantidade de água de reposição fornecida convencionalmente para a torre de resfriamento (e custos associados)
• Pode ser misturado com água limpa para produzir qualidade aceitável da água de reposição da torre de resfriamento
• Demonstrar gestão ambiental responsável

Possíveis desafios do uso de concentrado de osmose reversa (rejeitar)

• O rejeito de OR pode reduzir os ciclos de concentração alcançáveis se a quantidade representar uma grande porcentagem do requisito total de água de reposição
• O rejeito de OR fornecido servindo como água de reposição é normalmente ciclado quatro vezes
• As taxas de corrosão podem aumentar significativamente, dependendo das concentrações residuais cicladas de ânions agressivos (cloreto e sulfato)
• O programa de tratamento da torre de resfriamento precisará incorporar concentrações residuais ativas potencialmente maiores de inibidor(es) de corrosão e dispersantes

Possíveis benefícios do uso de águas residuais municipais

• Elimina provavelmente o uso de água de reposição de origem convencional para a torre de resfriamento e os custos associados
• Esta água é normalmente desinfetada e de qualidade razoavelmente boa em comparação com a água típica da cidade de qualidade potável
• Pode conter concentração residual elevada de PO₄, carregando benefícios semelhantes observados com água cinza
• Demonstrar gestão ambiental responsável

Possíveis desafios do uso de águas residuais municipais

• Alguns constituintes prejudiciais da água podem estar significativamente elevados (condutividade, PO₄, cloreto)
• O alto PO₄ requer aumento de resíduos dispersantes poliméricos para manter a solubilidade do fosfato
• O controle de pH é normalmente necessário
• O sistema automatizado de alimentação de ácido será necessário, conforme discutido anteriormente
• O programa de tratamento da torre de resfriamento precisará incorporar concentrações residuais ativas potencialmente mais altas de inibidor(es) de corrosão e dispersantes, bem como fornecimento de ácido sulfúrico de commodity

Torres de resfriamento em cascata para maior sustentabilidade do resfriamento

Como funciona

Um par de torres de resfriamento é colocado em uma série. A primeira torre de resfriamento recebe água de reposição da fonte de água usada na instalação e é ciclada. A segunda torre de resfriamento usa a purga da primeira torre de resfriamento como sua fonte de água de reposição. Isso limita o grau de ciclagem alcançável, mas também pode reduzir o uso geral de água. A eficácia do processo pode ser determinada pela qualidade da água de reposição sendo usada pela primeira torre de resfriamento.

A transferência do tratamento é fundamental em torres de resfriamento em cascata. Se os inibidores permanecerem em sua forma solúvel, eles permanecerão utilizáveis no programa de tratamento da segunda torre.

Pequenas adições químicas suplementares podem ser necessárias, especialmente se forem necessários níveis mais altos de dispersantes ou inibidores de corrosão. Os biocidas oxidantes normalmente serão alimentados em ambas as torres de resfriamento, e qualquer biocida não oxidante da primeira torre pode ser usado na segunda torre, dependendo dos requisitos de tempo de contato sendo atendidos.

Resumo da sustentabilidade do resfriamento

As torres de resfriamento oferecem às instalações várias técnicas para reduzir o uso de fontes de água convencionais como reposição. Isso pode ajudá-lo a alcançar suas metas ambientais.

As torres de resfriamento também podem servir como um meio econômico de concentração de sólidos ao empregar os meios mais eficazes de remoção de calor do sistema.

Ao avaliar seu sistema de resfriamento quanto a melhorias de sustentabilidade, os seguintes fatores são importantes:

• Os dados devem ser o fator determinante ao avaliar quais opções implementar para máxima sustentabilidade e confiabilidade de desempenho
• Uma avaliação honesta considerando todos os fatores no custo total de operação e equação de implementação é essencial para alcançar metas de sustentabilidade de longo prazo

Como com todas as outras tecnologias, é necessário praticar a devida diligência ao determinar a viabilidade de utilizar métodos. Sempre consulte os manuais e guias de seus equipamentos e entre em contato com a equipe da ChemTreat para obter ajuda!