Pequenos detalhes são importantes influenciadores que podem determinar o resultado final de um grande projeto. E ao falar em dimensionamento todo detalhe importa nas especificações técnicas!
Esse artigo não tem a pretensão para ser uma referência técnica/acadêmica, mas proporá um olhar mais operacional com a finalidade de aumentar a percepção da nocividade da perda de carga para a eficiência energética e operacional do sistema de aeração de uma ETE.
Não há melhor forma de fazer a introdução do assunto “perda de carga” do que chamar a atenção para os pequenos detalhes que estarão presentes e influenciarão diretamente no dimensionamento do sistema de aeração e que podem, a longo prazo, trazer débitos significativos para o funcionamento e seu custo operacional.
Perda de carga nos difusores
Fazendo um paralelo entre sistemas de aeração por ar difuso e perda de carga, os difusores por si só, já promovem uma perda de carga. Isso se deve aos orifícios que formam as bolhas finas, ou seja, o ar encontra resistência em sua passagem lá nos difusores no fundo do tanque ou lagoa de aeração.
Os difusores são, normalmente, os maiores responsáveis pela geração de perda de carga no sistema. Mas além dos difusores, há outros componentes como válvulas, conexões e trechos de tubulação que provocam e incrementam de forma variada o valor total da perda de carga.
Os difusores devem ter um fluxo de ar mínimo abaixo do qual não devem ser operados e um fluxo de ar máximo acima do qual também não devem operar pois a eficiência da aeração diminui rapidamente. O ponto correto do fluxo de ar deve ser suficiente para distribuir uniformemente o ar através do difusor e ao mesmo tempo resultar em mínimo inflamento da superfície da membrana, e assim não permitir a infiltração de licor misto e evitar os possíveis problemas de incrustação.
O gráfico abaixo demonstra a variação de perda de carga conforme a vazão de ar por difusor. Portanto, quando maior a vazão de ar por difusor, maior será a perda de carga e o consumo de energia.
Nenhum fabricante sério no mundo recomendará operar com vazões de ar elevadas, não somente pela questão energética, mas também pela redução da vida útil das membranas dos difusores.
Atualmente há diversos tipos de modelos de difusores, de diferentes materiais, formatos e tipos de perfuração. Todos esses pontos se relacionam diretamente com a perda de carga que eles podem apresentar.
Materiais construtivos de difusores de ar
O que é pouco conhecido é o fato de difusores visualmente muito parecidos (quase idênticos), apresentarem comportamentos completamente diferentes em relação a taxa de transferência de oxigênio (esse assunto será abordado em outra oportunidade) e a perda de carga.
Mas o que provoca essa diferença de performance em componentes tão parecidos?
Basicamente, são dois os fatores: composição do material e perfuração das membranas.
A maior parte das membranas atualmente vendida é em EPDM (ethylene propylene diene methylene). A borracha de etileno-propileno-dieno (EPDM), pertence ao grupo genérico das “borrachas de etileno-propileno”, grupo que engloba duas variedades de borrachas: os copolímeros e os terpolímeros.
O sucesso de um composto de EPDM depende de pesquisa e a utilização de maior percentual de componentes adequados à aplicação. Membranas fabricadas com grande quantidade de óleos, apresentarão problemas dimensionais num curto espaço de tempo com a perda de desse material para o efluente ou mesmo para um determinado grupo de microrganismos.
Consultores e engenheiros de processos de tratamento mais experientes entendem o assunto “perda de carga” como de extrema importância e parte integrante do processo decisório para implantação de um sistema de aeração de bom funcionamento.
Planejamento no dimensionamento de sistemas de aeração
Além da perda de carga dos difusores, o dimensionamento do sistema e sopradores deve levar em conta outras particularidades como a velocidade adequada de aplicação, diâmetros, tipos de válvulas, conexões e caminhamento da tubulação de interligação que liga sopradores ao tanque de aeração ou lagoa aerada.
Na prática, atendo-se à tubulação de interligação ou de distribuição de ar, a atenção deve estar voltada à redução da perda de carga ao longo do caminho percorrido pelo ar da forma mais sutil possível.
O dimensionamento do sistema, bem como o percurso da tubulação de interligação precisa ser pensado de forma a minimizar essa inevitável perda e assim também aumentar a eficiência energética de uma ETE (Estação de Tratamento de Efluente). Pode parecer simples, mas essa simplicidade pode trazer ótimos resultados no processo tanto sob o ponto de vista de eficiência de tratamento, como também na eficiência energética.
O gráfico abaixo ajuda entender melhor porque todo o cuidado é pouco para um dimensionamento eficiente da tubulação de distribuição de ar, uma vez que a aeração dentro do processo como um todo é aquele que consome maior energia.
Fonte: U.S. Department of Energy – Processos Típicos de Uso de Energia de Estação de Tratamento de Águas Residuais
Em suma, a perda de carga é a soma da carga de elevação, carga de velocidade e carga de pressão do ar dentro do percurso dessa tubulação. Essa perda está diretamente ligada a velocidade do ar, comprimento da tubulação, diâmetro da tubulação e também às conexões e válvulas presentes nesse percurso.
Fatos sobre perda de carga e dimensionamento da sua tubulação:
- Quanto menor a perda de carga, menor o consumo de energia;
- Quanto maior a vazão de ar por difusor, maior perda de carga;
- Quanto maior perda de carga, maior a temperatura na tubulação e no sistema;
- A profundidade do tanque deve ser levada em conta no dimensionamento;
- Analise e otimize o caminho a ser percorrido pela tubulação de interligação;
- Perda de Carga nos Difusores – monitore possíveis incrustações nas membranas;
- Diâmetro da tubulação. Achar um equilíbrio entre custo x velocidade do ar na tubulação;
Fontes: U.S. Department of Energy. Thermal Engeneering Org.
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