Reuso de água condensada       

Muito se comenta sobre a viabilidade de aproveitamento da água de condensação (A.C.) gerada nos sistemas de ar condicionado. A conclusão imediata é que, sem dúvida, é uma fonte de água de boa qualidade, baixo custo e que pode ser recuperada e reaproveitada em várias aplicações como reservatórios de incêndio, descargas de banheiros, jardins, limpeza de solo e, principalmente, como reposição em torres de resfriamento. Nos Estados Unidos a principal preocupação com utilização de A.C. em sistemas de irrigação e descargas de vasos sanitários, quando uma névoa de água pode se formar, é o de existir um potencial de contaminação por Legionella se esta água não estiver com tratamento eficaz no controle microbiológico. Por outro lado, em edifícios mais antigos, onde a infraestrutura civil e hidráulica necessária ao reaproveitamento é difícil, deve-se levar em conta o investimento necessário para o reaproveitamento de A.C. No final das contas, a decisão de recuperar a A.C. é uma avaliação do quanto será necessário investir, a quantidade de água recuperada e a diminuição da conta de água. Às vezes o ROI é longo e não vale a pena financeiramente. Sem dúvida nenhuma, os novos projetos de sistemas de ar condicionado devem incorporar infraestrutura para recuperação, armazenamento e reuso deste importante recurso.

Aproveitamento da A.C. em torres de resfriamento

Neste trabalho apresentaremos a alternativa de utilização da A.C. como reposição em torres de resfriamento. Atualmente se utiliza água tratada e potável como reposição das perdas por evaporação e arraste. Essa opção é considerada a mais cara possível, uma vez que o preço da concessionária pode chegar a R$ 35,00 / m³ na cidade de São Paulo. Considerando que as citadas perdas por evaporação e arraste variam em torno de 0,9 – 1,1% da vazão de circulação, podemos ter um alto quadro de água de reposição (Tabela 1).

Regra Prática de Vazão da Torre x TR

1 TR requer 3gpm ou 0,6 m³/h de vazão

Tabela 1: Reposição X Vazão X TR

Capacidade (TR) Vazão Torre (m³/h) Reposição (m³/h)
100 65,0 0,5 – 0,6
300 195,0 1,4 – 1,8
500 320,0 2,5 – 3,0

Considerando um sistema operando 8h/dia, e 30d/mês, teremos um custo de água de reposição conforme expresso na Tabela 2.

Tabela 2: Custo de água de reposição X TR

Capacidade (TR) R$ / dia R$ / mês
100 140,00 – 168,00 4.200,00 – 5.040,00
300 392,00 – 504,00 11.760,00 – 15.120,00
500 700,00 – 840,00 21.000,00 – 25.200,00

Cálculo do potencial de recuperação de A.C.

Como pudemos observar, a quantidade de água de reposição somente relacionada à evaporação e arraste é considerável. É bom lembrar que frequentemente são necessárias descargas adicionais para manter o ciclo de concentração em níveis não incrustantes, portanto, mais água de reposição pode ser necessária além do mostrado na Tabela 1. A pergunta importante é quanto desta água de reposição pode ser substituída pela A.C. recuperada. Algumas fórmulas sobre a A.C. gerada estão relacionadas com a quantidade de ar condicionado e a diferença da umidade relativa entre o ar captado e condicionado. Um exemplo deste cálculo é proposto por E. Boulware no livro “Alternative water and wastewater management system.”

Volume A.C. (gpm.) =  Qar x ∆U.R

8,33 x V específico ar

Em que:

Qar = vazão de ar em ft³/min

Densidade = 8,33 Lb/gal

V específico = ft³/Lb

∆U.R. = diferença entre umidade específica

Considerando que a Qar necessária é em função da capacidade em TR, algumas regras básicas podem ser deduzidas desta fórmula. Assim, dependendo do ∆U.R., as proporções da Tabela 3 podem ser utilizadas.

Tabela 3: Geração A.C. X TR

1 TR: produz 0,1 – 0,3 galões (USA)
1 TR: produz 0,6 – 1,0 L (Brasil)

Recuperação de A.C. na sede da Chemgard

O trabalho de coleta de A.C. envolveu o prédio do laboratório, sala principal, onde existe um aparelho com capacidade de 18.000 BTU ou 1,5 TR. A A.C. foi coletada em uma bombona de 50 litros localizada no lado externo. A amostragem foi efetuada em períodos de uma semana, de segunda-feira a sexta-feira, com o aparelho funcionando das 8h00 às 17h00, sendo que a umidade relativa do período esteve em torno de 80%.

Coleta de A.C.

Tabela 4: Volume A.C. coletado

1ª. Semana

2ª. Semana

3ª. Semana

38,2L

41,2L

39,2L

MÉDIA 39,5L por semana

Assim, considerando o regime de trabalho, obtivemos o resultado: 0,66/TR. Resultado dentro dos padrões esperados pela Tabela 3.

Voltando à nossa tabela de água de reposição em função das TR e vazão da torre, se  considerarmos o valor máximo da tabela 3 podemos estender esta proporção de recuperação de A.C. para sistemas comerciais, como mostrado na Tabela 5.

Tabela 5: TR X Vazão X Reposição X A.C.

Capacidade Vazão torre (m³/h) Reposição (m³/h) Potencial A.C. (m³/h) % A.C. em relação a reposição
100 TR’s 65,0 0,6 0,1 16,6
300 TR’s 194,0 1,9 0,3 17,8
500 TR’s 324,0 3,2 0,5 15,6

É possível que valores próximos de 20% de água de reposição possam ser economizados com a recuperação de A.C. Assim, poderemos calcular que para um preço de até R$ 35,00/m³ de água potável das concessionárias, poderemos estimar que se os sistemas operarem 8h/d e 30d/mês, teremos o quadro apresentado na Tabela 6.

Tabela 6: TR X Economia com A.C.

Capacidade (TR) Economia água (R$/mês) R$/ano
100 720,00 8.640,00
300 2.448,00 29.376,00
500 3.600,00 43.200,00

Qualidade da água de condensação

Considerando que a A.C. gerada no equipamento de ar condicionado é proveniente da umidade do ar, seria esperado que a qualidade dessa A.C. seria próxima de uma água destilada ou desmineralizada, portanto algo com pH = 7,0 e Sólidos Totais Dissolvidos (STD) < 10,0 ppm.

Nas primeiras amostras, o resultado obtido foi de pH 6,8 e STD = 80 ppm, posteriormente outras amostras de várias unidades de ar condicionado da sede da empresa mostraram os resultados apresentados na Tabela 7.

Tabela 7: AC X pH / STD

Local Amostra 1

pH / STD

Amostra 2

pH / STD

Amostra 3

pH / STD

Amostra 4

pH / STD

Sala diretoria 4,8 / 43 6,0 / 55 6,5 / 40 6,0 / 75
Laboratório 6,8 / 80 7,0 / 65 6,7 / 50 6,9 / 70

Considerando que o ar atmosférico é composto de ar seco + vapor d´água + impurezas. E também considerando que a tomada de ar nos aparelhos não são filtradas, o teor de STD certamente está relacionado com o material particulado, e o pH ácido, com poluição presente no ar atmosférico. Também foi observado material particulado na forma de sólidos em suspensão ( S.S.) que é diferente de STD, pois fica retido em filtros.

Material na forma de S.S. na A.C. coletada

Posteriormente efetuamos amostragem em alguns clientes nossos e a composição de A.C. foi a apresentada na Tabela 8.

Tabela 8: AC X pH e STD em Edifícios Institucionais

Local Capacidade (TR) pH STD
Edifício escritório em SBC 150 7.1 130
Edifício escritório na Chácara Sto.Antonio, SP 120 8.2 125
Fábrica de doces em Vinhedo 750 5.7 18
Edifício escritório na Avendia Paulista, SP 300 6.7 72
Hospital na Lapa, SP 500 6.0 83

Como conclusão dessas amostragens, observamos uma constante no teor de STD acima do esperado e um pH muitas vezes ácido, característica das impurezas do ar atmosférico. Observação: Constatamos que a Dureza Total (Ca + Mg) foi zero (0) em todas as amostras efetuadas.

Efeito da A.C. na corrosão

Quando coletamos as amostras, procuramos verificar o efeito da A.C. na corrosão em aço carbono. Para tal utilizamos cupons de prova Aço 1.020 padrão ASTM em 2 tipos de teste: imersão do cupom na A.C. e circulação da A.C. em estação de cupons de prova por períodos de 15 dias.

Interessante observar que o ataque ao cupom foi imediato e grande quantidade de Ferrugem (Fe2O3) entrou em solução e, após um período, a corrosão estabilizou. A taxa de corrosão nestas condições chegou a 12mpy e o teor de Ferro na solução foi maior que 40ppm.

Tc : 12 mpy  / Fe t  : 42 ppm

Em seguida 50L de A.C. coletados na sede foram colocados em um circuito de água circulante, operando 8h/dia durante duas semanas.

Após esse período, no qual não foi utilizado nenhum tratamento, obtivemos um resultado maior na taxa de corrosão, muito provavelmente devido a velocidade e aeração constantes.

taxa corrosão 17,2 mpy

Cupom de Prova

Lembrando que a fórmula para cálculo da taxa de corrosão mpy significa milésimos de polegada de corrosão/ano, assim 1mpy = 0,0254 mm de desgaste/ano.

Taxas de corrosão acima de 5 mpy são considerados ruins e devem ser diminuídas com tratamento de inibidores de corrosão. A taxa de corrosão pode ser calculada pela fórmula:

Tc = 25,4mm/1.000

Em que:

K = constante para adaptar as diferentes unidades

∆p = perda de peso em mg com 4 casas depois da vírgula

D = densidade do cupom (g/cm³)

A = Área do cupom (pol²)

t = tempo de exposição (dias)

As reações de corrosão abaixo, bem como cálculo da taxa de corrosão foram extraídas do livro “Corrosion Engineering” de Mars G. Fontana.

Baixo pH

Devido à presença de H2CO3 , formado pela junção de umidade e CO2 proveniente dos gases de combustão de veículos (poluição):

Fe⁰ + 2 H2CO3                           Fe (HCO3)2 + H₂

Fe(HCO3)2 + ½ O2                 2Fe2O3  + CO2 + H2O

Corrosão por oxigênio dissolvido

A.C. é uma água aerada , com teor de Oxigênio por volta de 7 a 8 cc/l .

Fe⁰ + O₂ + H₂O                                                        Fe (OH)₂

Fe (OH)₂ + H₂O + ½ O₂                                            Fe (OH)₃

Fe (OH)₃ + ½ O₂                                                       Fe₂O₃ (Ferrugem)

Como conclusão, a A.C. tem um alto potencial de corrosão, causado em menor escala por pH ligeiramente ácido e fundamentalmente por causa do teor de oxigênio dissolvido. Este potencial de corrosão é agravado pelo fato do A.C. não conter sais de Cálcio e Magnésio que ajudam a diminuir a tendência à corrosão.

Efeito da A.C. no crescimento microbiológico

Considerando o local em que a A.C. é gerada, a temperatura do processo e a presença de STD dissolvido, temos todas as condições para crescimento microbiológico, que são: água + temperatura + nutrientes. Assim, é de se esperar que a A.C. tenha um alto potencial deste problema. Muitas vezes, dependendo do tipo de equipamento em que a A.C. é gerada e acumulada, como bandejas de sistemas self-contained, além de pontos de retenção nas linhas – pontos baixos, “barrigas” de conduítes – o crescimento de todo tipo de microrganismo é esperado.

Ponto de circulação de A.C. (barriga)

 

Um exemplo claro destes problemas foi observado na mangueira de A.C. de uma das salas da sede da Chemgard, como pode ser visto na Tabela 9.

Tabela 9: Condições para crescimento de algas:

Grupo Exemplos Temperatura ⁰C pH
Verde CLLORELLA

SPIROGYRA

30 – 35 5.5 – 8.9
Verde azulado ANACYSTIS (lodo)

OSCILATORIA (Filamentoso)

35 – 40 6.0 – 8.9

 

Tabela 10: Condições para crescimento de fungos:

Tipo Exemplos Temperatura ⁰C pH
Filamentoso ASPERGILLUS

PENICILIAN

0 – 38

0 – 38

2 – 8

5 – 6

 

Tabela 11: Condições para crescimento de bactérias:

Tipo Exemplos Temperatura ⁰C pH
Aeróbicas capsuladas FLAVO BACTÉRIAS

PSEUDOMONAS

20 – 40 4 – 8
Aeróbicas esporuladas MYCOIDES 20 – 40 5 – 8
Aeróbicas redutoras sulfato DESULFOVIBRIO 20 – 40 4 – 8
Relacionadas ferro GALLIONELLA 20 – 40 7 – 9

O crescimento microbiológico pode se alastrar para os equipamentos trocadores de calor relacionados aos equipamentos de condensação a água. São inúmeros, conforme as Tabelas 10, 11 e 12.

Tabela 12: Problemas causados por descontrole microbiológico

  • Lodo microbiológico
  • Depósitos e perdas na transferência de calor
  • Corrosão

As Tabelas de 9 a 12, referentes às condições para crescimento microbiológico, foram extraídas do livro “Princípios de Tratamento de Água Industrial”, Drew Chemical Co.

Avaliação do crescimento microbiológico na A.C.

O estudo efetuado para avaliar os níveis de crescimento microbiológico foram baseados na coleta de amostras na sede da Chemgard e nos clientes em que as amostras mencionadas na Tabela 8 foram coletadas. A avaliação foi efetuada utilizando-se a técnica de lamino-cultivos e contagem de bactérias totais. Os resultados mostraram também neste caso uma similaridade no crescimento microbiológico.

Sede Chemgard

Laboratório UFC / ml
Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

10⁴

10⁵

10⁵

 

Diretoria UFC / ml
Amostra 1

Amostra 2

10⁵

10⁶

 

Clientes Chemgard

Local UFC / ml
Hospital Lapa (SP) 10⁵
Edifício na Paulista (SP) 10⁶
Edifício em S.B. Campo 10⁵

Controle de corrosão e crescimento microbiológico da A.C.

Considerando o potencial de corrosão e crescimento microbiológico, foi efetuado um estudo utilizando-se o mesmo sistema piloto de circulação, porém, com a inclusão de dosagem de inibido de corrosão e biocida no circuito de circulação. Também se manteve o uso de cupom e lamino-cultivo para comparar com o período sem tratamento. Optou-se por utilizar a tecnologia CVS, da empresa, baseada em produto químico sólido disponibilizado em refis por ser a opção da empresa para o mercado AVAC.

Inibição de corrosão

O inibidor de corrosão baseado em tecnologia PO4 / Zn é um programa tradicional e age na formação de filme unimolecular nas regiões catódicas e anódicas, diminuindo assim a tendência a corrosão.

Região catódica

(Cl)3-Zn + Fe°              Zn-Fe-Zn-Fe  ( filme protetor)

Região anódica

NaO-(PO4)x-ONa  +Fe°           Fe)-(PO4)x-Fe ( filme protetor)

Obs: Mecanismo de inibição extraídos do livro “Princípios de Tratamento de Água Industrial”, Drew Chemical Co.

O composto resultante como filme protetor é uma estilização resumida da verdadeira reação química. Tendo em vista a alta tendência do crescimento microbiológico apresentar, inclusive, consequências para a vida humana, optou-se por utilizar tecnologia com Biocida Oxidante, na forma sólida, à base de Triazina TriCloro para garantir que nenhum microrganismo patogênico pudesse resistir nas condições de circuito de circulação e, por extensão, quando A.C. reutilizada em torres de resfriamento.

Resultados obtidos

Controle de Corrosão

Condições de Tratamento

Residual PO4:  2– 10 ppm

pH : 7,5 – 8,5

Crescimento microbiológico

Condições de Tratamento

Residual HClO:  0,5 – 1,5 ppm

pH : 7,5 – 8,5

 

Conclusões

Qualidade da A.C.

A composição do ar atmosférico e aspectos de qualidade da filtração irão determinar a composição de água de condensação em termos de pH que, no caso de GSP, foi ligeiramente ácido, e um alto teor de sólidos dissolvidos, aproximando-se de uma água clarificada.

pH 6,0 – 6,8
STD 60 – 80 ppm

Corrosividade da A.C.

A taxa de corrosão é alta devido tanto ao pH, alto teor de STD e nada de Dureza, característica que pode ser avaliada através do famoso Índice de Longelier, cujo valor negativo encontrado de -3,5 pode ser interpretado como sendo corrosivo. De qualquer maneira a taxa de corrosão encontrada mostra o potencial corrosivo: Tx corrosão sem tratamento   12 – 17mpy.

Crescimento microbiológico na A.C.

O potencial de crescimento microbiológico é alto em função das características da A.C. proporcionarem este desenvolvimento. Assim, o fato da água condensada ser aerada, ter contaminantes que proporcionariam os nutrientes nas temperaturas ideais para o crescimento de todo tipo de microrganismo, aponta para a tendência de alto crescimento microbiológico.

locais UFC/ml
variados 10⁴ – 10⁶

Tratamento da A.C.

Neste trabalho, a finalidade foi a utilização da A.C. como reposição de torre de resfriamento, assim, não foram levados em conta os potenciais problemas que esta A.C. poderia causar ,se recuperada e reutilizada em outros setores, quando as condições de armazenamento e níveis de cloração deverão ser avaliados e revisados . Com relação ao programa de tratamento aplicado ser de tecnologia tradicional com PO4 e agente oxidante, porém, com aplicação diferenciada devido a sua apresentação em estado sólido, observou-se que os resultados obtidos para controle de corrosão e crescimento microbiológico foram dentro dos objetivos de tratamento de água.

Avalição Resultados
Tx corrosão (mpy)

 

Crescimento microbiológico (UFC/ml)

 

3,0 – 5,0

 

< 10³

 

Edgar E. Watanabe, é engenheiro Químico e atua em tratamento de águas industriais desde 1.979, fundou a Chemgard em 2001 e em 2017 abriu uma filial da empresa no Estado da Georgia, EUA.

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