REAPROVEITAMENTO DA ÁGUA PRODUZIDA NA CONDENSAÇÃO DE APARELHOS DE AR CONDICIONADO
Aluno: Guilherme Meziat Orientadora: Adriana Gioda Coorientadora: Daniela Soluri
Introdução
Mais do que qualquer nutriente ou alimento que se possa imaginar, a água é de suma importância para a proliferação da vida. Compondo mais da metade do corpo humano em massa (COHEN, 2000) e cobrindo por volta de 71 % da superfície da Terra (GROTZINGER, 2013), ela é considerada pela literatura científica geral como solvente universal pela sua alta capacidade de dissolução de substâncias, criando um meio apropriado para reações químicas essenciais.
No entanto, segundo Grotzinger (2013), 96 % de toda a água do planeta é água salgada e, dos 4 % restantes de água doce, três quartos estão armazenadas em geleiras e permafrost, impossibilitando o seu consumo de forma direta. Do último ponto percentual restante, aproximadamente 99 % são reservas subterrâneas (como, por exemplo, o aquífero Guarani), levando míseros 0,009 % de toda a água terrestre sendo compostos por rios e lagos, diretamente disponíveis para consumo após um tratamento adequado. Mesmo assim, em termos absolutos, essa quantidade é equivalente a mais de dez mil quilômetros cúbicos de água doce à disposição para a população. Porém, é preciso entender que essa água não está uniformemente distribuída pelo mundo inteiro. Por exemplo, o Brasil detém aproximadamente 13,3 % de toda a água doce disponível no mundo. Em contraste, o MENA (Middle East and North Africa) detém apenas 0,5 % dessas águas, das quais 71 % se encontram no Irã e no Iraque (Banco Mundial e AQUASTAT, s.d.). Vale notar também que a população mundial não é distribuída uniformemente. De acordo com dados da ONU (2019), a população conjunta dos países do MENA é de 456 milhões, enquanto a população do Brasil é de somente 211 milhões de habitantes.
Essa desigualdade na distribuição populacional e de recursos hídricos causa o que é chamado hoje em dia de estresse hídrico. De acordo com a UNESCO (2019), dos 53 países que apresentam algum nível de estresse hídrico (> 25 %), 22 deles apresentam um nível grave, acima de 70 % (Figura 1). Continuando no tema de falta de recursos hídricos, atualmente uma em cada três pessoas não possui acesso constante à água potável (OMS, 2019) e, devido ao crescimento populacional, a demanda por água deve crescer em 30 % até 2050 (UNESCO, 2019), denotando uma necessidade urgente de repensar o seu consumo.
Figura 1: Nível de estresse hídrico físico ao redor do mundo. Vale notar a presença de países como China e Índia, que somam mais de um terço da população mundial, na classe de países em estresse hídrico. Fonte: UNESCO, Relatório Mundial das Nações Unidas sobre Desenvolvimento dos Recursos Hídricos 2019. 2019.
O maior vilão nesse contexto é o setor de agropecuária e aquicultura, respondendo por quase 70 % do consumo mundial de água anualmente, enquanto o setor industrial responde por 19 % (UNESCO, 2019). Com esse pensamento, já existe atualmente um esforço para reaproveitar o que se chama de “águas cinzas” para utilização em atividades onde não se necessita de uma água de alta pureza ou qualidade, como limpeza de pisos, irrigação e descargas. As águas cinzas são águas residuais geradas por processos domésticos, à exceção do esgoto sanitário. Uma boa fonte de águas cinzas, que ainda não é suficientemente explorada, provém da operação de aparelhos de ar-condicionado.
Existem em torno de 1.500 quilômetros cúbicos de água na atmosfera, em forma de umidade do ar (GROTZINGER, 2013). Parte dessa água, quando ventilada por um aparelho de ar condicionado, precipita devido à rápida diminuição na temperatura do ar na qual ela está dissolvida, provocando o gotejamento observável em qualquer aparelho que esteja exposto ao ar livre. ( --- ) Com isso em mente, a Lei Nº 2749 de 23 de março de 1999 Rio de Janeiro proíbe o gotejamento em vias públicas, sujeito à multa, recomendando a disponibilidade de calhas e/ou encanamento para a coleta dessa água, sinalizando então uma facilidade para o seu reuso.
Ferreira e Tose (2016) concluíram que a água condensada produzida pelos condicionadores de ar do Instituto Federal do Espírito Santo (IFES) supria 40 % da demanda total. A reutilização dessa água para atividades menos nobres dentro do instituto acarreta um retorno financeiro do investimento na implementação do projeto em 14 meses. Rocha (2017), no mesmo tema, encontrou um suprimento de 89,5 % da demanda local através do reaproveitamento das águas do Centro de Tecnologia da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), com um período de retorno de um pouco mais de um ano para um investimento de R$ 28.000,00.
Mais adiante, Ferreira et al (2019) comparou o uso de água de poço com água de aparelhos de ar-condicionado para a irrigação de plantações de pimentão, encontrando resultados promissores. Além disso, a análise química da água dos A/Cs (ar condicionados) indicou uma condutividade de apenas 11 µS cm-1, metade da condutividade encontrada na água de poço, além de concentrações menores de vários metais como K, Na, Mg e Ca. Nesse
caminho, percebe-se um potencial no tratamento dessa água para a geração de água deionizada.
A norma mais utilizada internacionalmente para água ultrapura é a norma ISO 3696, que classifica a água ultrapura em diferentes tipos, como segue na Tabela 1.
Tabela 1: Características dos diferentes tipos de água de acordo com a ISO 3696:1997. O Tipo I* indica a maior pureza atualmente alcançável através de equipamentos analíticos.
Fonte: ELGA LabWater, Uma perspectiva geral essencial das aplicações de purificação de água para laboratórios, monitorização e normas. VEOLIA, 2009.
Resistividade (MΩ cm)
TOC
(PPB) Bactérias Endotoxinas (EU ml-1)
Tipo I* 18,2 <5 <1 <0,03
Tipo I >18 <10 <1 <0,03
Tipo II* >10 <50 <10 NA
Tipo II >1 <100 <100 NA
Tipo III >0,05 <1000 <1000 NA
Utilizando a relação inversa entre condutividade e resistividade, percebe-se que a água Tipo I a 25 °C necessita de uma condutividade menor do que 0,06 µS cm-1. Esse é o nível mais desejável para a utilização em laboratórios para experimentos sensíveis.
Com esse pensamento, Álvaro Pereira, técnico em Química do Departamento de Química da PUC-Rio, criou um sistema de coleta, tratamento e armazenamento de água condensada de dois dos aparelhos de ar-condicionado em seu laboratório. O sistema passa por um processo de limpeza anual. As etapas do sistema estão mostradas no fluxograma da Figura 2.
Figura 2: Fluxograma retratando o sistema de tratamento de água utilizado por Álvaro em seu laboratório.
Álvaro informou que, em condições normais, a água armazenada apresenta uma condutividade em torno de 1 µS cm-1, o que a classifica como Tipo II nesse quesito. Atingir uma pureza Tipo I em recipientes de armazenamento é essencialmente impossível, inclusive uma das indicações da ISO 3696 é de utilizar uma água Tipo I imediatamente após a sua produção, para que não haja chance dessa água acumular algum tipo de impureza. Mesmo assim, a água Tipo II pode ainda ser utilizada para a realização de experimentos menos seletivos, preparação de reagentes, enxágue de vidrarias e, principalmente, como alimentação para sistemas de geração de água Tipo I. Sendo assim, essa água possui um potencial de
substituir completamente a água obtida através de destiladores, utilizada em grandes quantidades pelos laboratórios de Química.
Porém, de acordo com a Tabela 2, o sistema de Álvaro carece de uma etapa de tratamento para a remoção de substâncias orgânicas, visto que, de acordo com BREDA (2001), a utilização de radiação por UV só é eficiente para a sua degradação durante o armazenamento. Com isso em mente, é importante notar o custo-benefício desse sistema e o seu potencial em substituir a utilização de destiladores com as devidas alterações.
Tabela 2: Desempenho de diferentes processos de purificação na remoção de diferentes tipos de impurezas. E = Excelente, B = Bom, R = Ruim. Fonte: BREDA, Água grau reagente para laboratórios e outros fins especiais. Instituto de Química da UNICAMP, 2001.
Processo de purificação
Sólidos Dissolvido s ionizados
Gases dissolvido
s ionizados
Substância s orgânicas dissolvidas
Material particulad
o
Bactérias Pirogênico s Adsorção com
carvão ativado R R B/E R R R
Deionização E E R R R R
Destilação B/E R B E E E
Filtração R R R E E R
Osmose reversa B R B E E E
Oxidação
ultravioleta R R B/E R B R
Ultrafiltação R R B E E B/E
Com a implementação de um projeto de reaproveitamento das águas dos aparelhos de ar-condicionado, existe o potencial para uma economia substancial de água e equipamentos, levando a um menor gasto financeiro e diminuindo o desgaste ambiental que alguns dos métodos atuais causam. Porém, é preciso antes analisar a vazão do sistema e comparar as características químicas dessa água com as da água atualmente utilizada nos destiladores e em alguns aparelhos de purificação para testar essa hipótese.
Para esse projeto, será analisada a parcela do sistema que diz respeito à fachada do Bloco E do edifício Cardeal Leme (Figura 3). A demanda a ser suprida também diz respeito aos laboratórios de química que se encontram nesse bloco.
Materiais e Metodologia
A fachada do prédio Cardeal Leme possui 6 canos de dreno ligados a um total de 23 aparelhos de ar-condicionado. Exclui-se aqui os aparelhos utilizados pelo técnico Álvaro, por estarem conectados internamente a um sistema separado de tratamento.
Figura 3: Encanamento do sistema de drenagem dos aparelhos de A/C O cano 6 se encontra à direita da foto. O cano 2 se encontra imediatamente à esquerda da marcação “2”. Existem aparelhos em andares superiores que também estão conectados ao sistema.
A água foi coletada na saída dos canos em intervalos de tempo definidos utilizando recipientes de plástico e a medição da quantidade de água coletada foi feita com uma proveta de 250 mL, que foi trocada para uma de 2 L após a primeira semana para acomodar aos altos níveis de vazão encontrados (Figuras 4 e 5). Essa vazão foi então extrapolada para se obter uma estimativa para o fornecimento mensal do sistema. Para os canos mais altos, foi feita uma conexão com mangueiras de silicone para levar a água até o recipiente de forma a evitar o espirro excessivo de água para fora do mesmo devido ao seu gotejamento de uma grande altura, o que prejudicaria a coleta.
Outras medidas de menor magnitude foram tomadas para prevenir perdas de água. Por exemplo, durante a coleta foram utilizados recipientes altos e volumosos, na medida do viável, para manter o nível da água dentro do recipiente o mais baixo possível. Isso causa um aumento na diferença de altura entre o nível da água e as paredes do recipiente, dificultando o escape de gotículas espirradas pelo gotejamento.
Todos os recipientes foram tampados parcialmente durante a coleta, de forma a apresentar uma segunda barreira para o caso de o nível de água se elevar muito dentro do recipiente. Além disso, a utilização de tampas também contém a maior parte da parcela da água que evapora devido à exposição direta dos recipientes ao sol em certas partes do dia, condensando na parte interna da tampa. Entre o final da coleta e a medição da quantidade de água coletada, drenou-se a água retida pela tampa de volta para dentro dos recipientes.
Figura 4: Foto tirada num dos primeiros dias da pesquisa. Percebe-se que as caixas utilizadas são pequenas e que a proveta utilizada ainda é a de 250 mL.
Figura 5: Caixas maiores, compradas após o início da pesquisa, de forma a acomodar os altos níveis de vazão encontrados. Percebe-se a diferença de tamanho entre essas caixas e as caixas da Figura 4.
A medição da vazão da água foi feita nos meses de janeiro, fevereiro e na primeira metade de março de 2020, de duas a três vezes por semana. Para cada dia, somou-se a vazão de cada um dos canos para obter a vazão total do sistema, Qdia. A partir desse valor e do tempo total de coleta de cada dia, criou-se uma relação para calcular uma vazão mensal nominal do sistema, Qmês (Equação 1). Essa vazão foi então utilizada para calcular o fornecimento mensal do sistema de dreno. Para tal, foi levado em consideração um tempo de atividade diário de 8 horas e um mês com 21 dias úteis. Quanto ao tempo de coleta diário, em alguns casos, houve uma pequena variação entre os seis canos analisados. Por essa variação ser desprezível, utilizou-se a média tm entre os tempos de cada cano, como visto abaixo.
𝑄!ê! =
𝑄!"#
𝑡!
𝑡! = 𝑉!"#
𝑡! =𝑉!ê!
𝑡! , 𝐨𝐧𝐝𝐞 𝑡! = 𝑡!
6
!
!!!
𝐞 𝑡! = 𝑡!
Equação 1: Cálculo da vazão nominal do sistema em um mês
Foram também coletadas amostras de água de cada um dos canos para análise por Cromatografia de Íons. O cromatógrafo utilizado foi o Thermo Scientific™ Dionex™ ICS-
5000+ (Figura 6). Os íons analisados e suas curvas analíticas, bem como seus limites de detecção e quantificação seguem nas Tabelas 3 e 4. As amostras coletadas foram congeladas até o momento de sua análise e, quando necessário, foram diluídas para que suas concentrações estivessem dentro da faixa das curvas analíticas utilizadas. As correções foram aplicadas e os dados foram comparados com a água abastecida pela tubulação da PUC-Rio.
Figura 6: Cromatógrafo Thermo Scientific™ Dionex™ ICS-5000+, utilizado na análise das amostras de coletadas dos A/Cs.
Curva de 35 a 300 µg L-1
LD (µg L-
1)
LQ (µg L-
1) Curva de 15 a 150 µg L-1
CH3COO- 1,45 4,36
LD (µg L-
1)
LQ (µg L-
1)
CHOO- 11,89 35,68 F- 3,00 8,99
Cl- 3,94 11,82 NO2- 8,81 26,42
NO3- 5,73 17,18 Br- 5,88 17,64
SO42- 12,63 37,89 CH2(COO)22- 0,55 1,64
C2O42- 4,89 14,68 Li+ 0,17 0,50
P- 6,89 20,67 NH4+ 5,47 16,42
Na+ 1,75 5,25 Mg2+ 0,90 2,71
K+ 1,22 3,65
Ca2+ 3,24 9,73
Tabelas 3 e 4: Informações sobre os limites de detecção (LD) e quantificação (LQ) de cada íon, separados pelas curvas analíticas utilizadas.
De acordo com os dados coletados em campo e baseado em dados já previamente conhecidos, projetou-se então um sistema de tratamento das águas reaproveitadas.
Juntamente, projetou-se um sistema de armazenamento e transporte da água para o local de tratamento, de onde a água seria então distribuída para outros laboratórios.
Por fim, foi feito um orçamento para a compra e o mantimento dos materiais para o sistema de tratamento, bem como para a implementação do sistema de armazenamento e transporte. Esse orçamento foi então comparado aos gastos atuais para a destilação da água, de forma a estimar o custo-benefício da remoção completa de destiladores como forma de produção de água deionizada.
As visíveis limitações na metodologia de análise da água provêm do cenário de isolamento devido à pandemia do SARS-CoV-2, que infelizmente interrompeu o projeto em março. Sendo assim, não foi possível medir a vazão em meses importantes, como junho e julho, por serem frios e secos. Além disso, não foi possível analisar a água por ICP-MS para a análise de metais e nem por CG/EM, para uma análise mais abrangente dos orgânicos presentes.
Resultados e Discussão
A. Demanda de água dos laboratórios e custo de operação dos destiladores
Atualmente, na PUC-Rio, uma boa parte da geração de água deionizada para laboratórios de química é feita através da utilização de destiladores. Como se sabe, esse equipamento utiliza grandes quantidades de água de resfriamento para poder produzir água destilada, com a proporção entre litros água descartada e litros água destilada de, em média, 35:1. Essa média foi estimada a partir de dados de pesquisas feitas por Ziolkoski (2010), Veiga (2014), Costa (2015), Medeiros (2017), e Rondon (2017). Porém, Conrado et al (2017), em uma pesquisa anterior na PUC-Rio, analisaram um destilador amplamente utilizado em um dos laboratórios do subsolo para suprir a demanda de laboratórios de aulas práticas e encontraram uma razão de 58 L de água de refrigeração para 1 L de água destilada.
Outros métodos, como a utilização de purificadores, servem para desviar dos destiladores, porém alguns laboratórios utilizam água do sistema de tubulação da universidade como alimentação, degradando o equipamento rapidamente, o que torna o processo custoso.
Existem outros laboratórios que utilizam águas mais puras (Tipo II ou II*) como alimentação para esses purificadores, porém acabam dependendo dos destiladores para obter essa água.
De acordo com Conrado (2017), a demanda mensal de água destilada para laboratórios de aula na PUC-Rio é de 400 L. Complementando essa demanda, foi feita uma pesquisa sobre a demanda de água destilada dos laboratórios de Química voltados para pesquisa da universidade, encontrando uma demanda de, aproximadamente, 350 L por mês. Sendo assim, a demanda mensal total de água destilada é de 750 L por mês. Para a razão entre água descartada e água destilada, tirou-se uma média aritmética entre a estimativa feita pelas pesquisas e a razão encontrada por Conrado (2017). Assim, têm-se uma proporção de 46,5:1, sendo necessário então um total de 34,8 m3 de água por mês para suprir a demanda total de água destilada dos laboratórios. A tarifa de fornecimento de água informada pela Prefeitura da PUC-Rio é de R$ 13,30 por m3. Sendo assim, há um gasto mensal de R$ 463,84 para suprir a demanda mensal de água dos laboratórios.
Quanto à energia gasta, o destilador analisado por Conrado (2017) apresenta uma produção de cerca de 5 L de água destilada por hora, com uma potência útil de 4 kW.
Considerando que todos os destiladores utilizados sejam similares ao analisado nesse sentido, é necessário um total de 150 horas de operação para que os 750 L de água destilada sejam produzidos, resultando num gasto de energia mensal de 600 kWh. Sendo assim, com uma tarifa de R$ 0,85 por kWh cobrada da PUC-Rio de acordo com a Prefeitura, há um gasto mensal de R$ 510 para a operação dos destiladores. Somados ao custo de fornecimento da água necessária, o custo total é de R$ 973,84 (Tabela 5).
Tabela 5: Tabela representando os custos totais atuais dos laboratórios de química da PUC- Rio para destilar a água necessária para suprir a demanda.
Água Energia
Demanda total hidráulica
(L) 750 Tempo de operação (h) 150,0
Razão AR:AD do destilador 46,5 Potência (kW) 4,0 Gasto hidráulico (m^3) 34,875 Demanda energética (kWh) 600,0 Tarifa por metro cúbico R$ 13,30 Tarifa por kWh R$ 0,85 Custo da água necessária R$ 463,84 Custo da energia necessária R$ 510,00
Custo total de operação dos destiladores R$ 973,84 B. Fornecimento do sistema de dreno dos aparelhos de ar-condicionado
O primeiro dado analisado foi a quantidade de água fornecida pelos aparelhos de ar- condicionado, de modo a compará-lo à demanda total de água. A Figura 7 mostra que, até em meses de pouca atividade na Universidade, como em janeiro, a vazão do sistema supre a demanda dos laboratórios. Nota-se também que, em março, o fornecimento supre mais do que o triplo da demanda. Como será visto mais adiante, isso significa que toda a água e grande parte da energia gasta para operar os destiladores poderá ser economizada.
Figura 7: Fornecimento de água tratável pelo sistema de dreno em relação à demanda mensal de água destilada dos laboratórios de química.
C. Análise Química da água fornecida
As amostras de água dos aparelhos de ar-condicionado coletadas foram analisadas por Cromatografia de Íons e os resultados dos íons analisados foram comparados com os VMPs (Valores Máximos Permitidos) de referência para água potável de acordo com a Portaria de Consolidação Nº5, de 28 de setembro de 2017, como mostrado na Tabela 6. As células marcadas em vermelho mostram valores acima dos VMPs definidos pela PRC.
0.8
1.4
2.8
0.75
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Janeiro Fevereiro Março Demanda mensal
Metros cúbicos
Tabela 6: Comparação da concentração de íons presentes na água de cada cano amostrado com os Valores Máximos Permitidos de acordo com a PRC Nº 5/2017.
Cano F- Cl- NO2- NO3- SO42- Na+
(mg L-1) (mg L-1) (mg L-1) (mg L-1) (mg L-1) (mg L-1)
1 0,00 1,54 0,64 5,53 0,59 0,81
2 0,08 1,40 1,18 3,30 0,46 0,38
3 0,00 0,08 0,20 0,24 0,01 0,03
4 0,01 3,06 0,01 22,80 0,94 1,11
5 0,00 0,54 0,20 1,08 0,33 0,10
6 0,00 0,44 0,19 3,62 0,19 0,25
PRC N° 5 1,5 250 1 10 250 200
Percebe-se que a maioria dos canos apresenta uma água pura o bastante para ser considerada potável pela portaria, as duas exceções sendo os canos 2 e 4, contendo um excesso de nitrito e nitrato, respectivamente. Porém, outros canos, especialmente o cano 1, também possuem quantidades elevadas de nitrito e nitrato em suas águas, quando se leva em consideração os seus VMPs, o que provavelmente se deve à presença de vida dentro dos canos, mais especificamente, micro-organismos que contribuem para o ciclo do nitrogênio.
Mais pistas sobre a presença desses micro-organismos podem ser observadas nas tabelas 7 e 8, de outros íons analisados nas amostras que não possuíam um VMP especificado na PRC de 2017. Outro dado interessante a se observar é a presença de substâncias potencialmente nocivas em quantidades detectáveis, como o brometo e o malonato. Vale lembrar que esses aparelhos, em sua maioria, estão conectados à laboratórios de pesquisa, o que pode explicar a presença dessas e outras substâncias em pequenos valores nessa água.
Tabela 7: Concentração de outros ânions presentes na água dos A/Cs.
Cano CH3COO- CHOO- Br- CH2(COO)22- C2O42- P- (mg L-1) (mg L-1) (mg L-1) (mg L-1) (mg L-1) (mg L-1)
1 0,24 0,35 0,01 0,12 0,00 0,01
2 2,03 1,08 0,04 0,08 0,19 0,02
3 2,33 0,97 0,04 0,00 0,00 0,00
4 0,21 0,09 0,00 0,00 0,11 0,00
5 0,03 1,32 0,00 0,00 0,14 0,01
6 0,11 0,21 0,00 0,00 0,01 0,00
Tabela 8: Concentração de outros cátions presentes na água dos A/Cs.
Cano NH4+ K+ Mg2+ Ca2+
(mg L-1) (mg L-1) (mg L-1) (mg L-1)
1 4,73 0,13 0,08 0,20
2 5,61 0,09 0,05 0,13
3 5,16 0,00 0,01 0,19
4 3,22 0,22 0,25 1,33
5 3,97 0,01 0,10 0,17
6 2,58 0,01 0,03 0,23
Apesar de a portaria não possuir valores para esses dados em específico, é possível fazer duas deduções a partir dessa tabela. A primeira é que as concentrações do íon amônio estão altas, o que leva a crer que as concentrações de amônia também estão altas, provavelmente mais altas do que o VMP de 1,5 mg L-1 determinado pela portaria. A segunda é que as concentrações de acetato e de formiato também estão relativamente altas, o que indica uma alta concentração de substâncias orgânicas.
Ambas deduções podem ser interpretadas como argumentos a favor da presença de microrganismos dentro dos canos, levando a duas conclusões em relação ao sistema de tratamento projetado por Álvaro. A primeira conclusão é de que adição de uma lâmpada UV no tratamento foi correta, ao degradar as formas de vida presentes na água. A segunda conclusão é de que há necessidade de uma etapa de tratamento para a remoção de substâncias orgânicas dessa água. De acordo com a Tabela 2, um bom candidato é o filtro de carvão ativado.
D. Projeção de um sistema de transporte, armazenamento e tratamento
Com o suprimento completo da demanda dos laboratórios de Química pelo sistema de drenagem dos aparelhos de ar-condicionado, pode-se descomissionar a operação de destiladores por completo dentro do departamento de química, substituindo-o por um sistema que não desperdice água em excesso e nem demande um excesso de energia. Sendo assim, na Figura 8, estão definidas as etapas do projeto.
Figura 8: Fluxograma retratando as etapas sistema projetado de transporte e tratamento de água.
Em relação ao transporte através de um sistema de tubulação, é possível ligar esse sistema ao laboratório do subsolo, onde o tratamento é feito, através de uma janela que dá acesso à área onde a água dos condicionadores de ar é drenada. Na figura 4, é possível ver duas dessas janelas, porém a janela de interesse fica à direita da foto, perto do cano 6. Os materiais necessários para essa parte estão detalhados na Tabela 9, na seção “Tubulação”.
Para o armazenamento, uma caixa de 1.750 L oferece um bom amortecimento para o caso de a baixa produção em períodos mais frescos não suprir completamente a demanda dos laboratórios, pois os condicionadores de ar não são utilizados com tanta frequência e a umidade do ar é mais baixa.
Para a etapa de tratamento, primeiro deve-se esterilizar a água, com radiação UV, para interromper o metabolismo dos microrganismos presentes e degradá-los. Depois, deve-se passar a água por um sistema simples de troca iônica, como feito no sistema criado por Álvaro. A diferença vem na adição de uma etapa de filtração por carvão ativado, para retirar o carbono orgânico e parte do material particulado presente na água. Como o diferencial de
pressão entre o sistema de tratamento e o local de armazenamento da água é desprezível, é necessário bombear a água pelo sistema. A bomba utilizada se encontra na seção de
“Armazenamento e bombeamento” na figura abaixo.
Tabela 9: Balanço de custos para a implementação de um sistema de tratamento de água reaproveitada dos aparelhos de ar-condicionado do bloco E.
Material Especificação Quantidade
Preço
unitário Total
Tubulação
Tubo PVC 25mm 24 m R$ 1,50 R$ 36,00
Joelho Soldável 25mm 45° Tigre 2 R$ 0,70 R$ 1,40 Joelho Soldável 25mm 90° Tigre 2 R$ 1,20 R$ 2,40 Tê Soldável 90° 25mm Amanco 5 R$ 1,49 R$ 7,45
Adaptador soldável 25mm 2 R$ 1,49 R$ 2,98
Niple roscável 1/2'' Tigre 3 R$ 1,49 R$ 4,47 Válvula globo 1/2'' Tigre 2 R$ 19,99 R$ 39,98 Tê Roscável 90° 1/2'' Amanco 1 R$ 4,00 R$ 4,00 Joelho Roscável 1/2'' 90° Tigre 1 R$ 1,37 R$ 1,37 Adaptador para mangueira Rosca
1/2'' 3 R$ 0,80 R$ 2,40
Mangueira cristal 1/2'' 2 m R$ 3,87 R$ 7,74
Armazenamento e bombeamento
Caixa d'água Acqualimp
Polietileno 1750L 1 R$ 1.151,01 R$ 1.151,01
Bomba Submersa Sarlo Better S
520 8W 1 R$ 48,93 R$ 48,93
Tratamento preliminar
Lâmpada UV Germicida 10 W 1 R$ 323,89 R$ 323,89
Resina Aniônica A400 6L R$ 49,90 R$ 299,40
Resina Catiônica C100 6L R$ 25,90 R$ 155,40 Filtro de carvão ativado BSP 1 R$ 201,12 R$ 201,12
TOTAL R$ 2.289,94
A implementação desse projeto, apesar de razoavelmente cara, implica em uma economia mensal massiva de água e energia, ao possuir o potencial de substituir os destiladores por completo. O cálculo do gasto de energia do sistema atual levou em consideração a vazão de operação dos trocadores iônicos normalmente recomendada pela maioria dos fornecedores, que é de cerca de 10 litros por hora. Com essa vazão, para que a demanda de água seja suprida, o sistema deve permanecer ativo por pelo menos 75 horas, o que acarreta um gasto energético de 1,35 kWh. No condizente ao gasto de água, toda a água utilizada provém dos aparelhos de ar-condicionado, portanto não há gasto de água abastecida pela tubulação. Sendo assim, a economia financeira mensal seria de R$ 972,69, o que resultaria em um período de retorno total do investimento feito para a implementação do sistema de 2,4 meses.
Uma comparação entre o gasto financeiro mensal dos dois sistemas na Tabela 10 permite uma visão melhor dessa economia.
Tabela 10: Gasto mensal financeiro de operação do sistema projetado em comparação ao gasto atual de operação dos destiladores.
Bomba Hidráulica + Lâmpada Destiladores
Operação (h) 75,0 150,0
Potência total (W) 18,0 4000,0
Gasto energético
(kWh) 1,35 600,0
Gasto Hidráulico
(m^3) 0,0 34,9
Gasto financeiro R$ 1,15 R$ 973,84
No entanto, este tempo de retorno foi calculado a partir de várias estimativas, assim como os custos de operação dos destiladores atualmente utilizados. Não existe um controle rígido de consumo de água nos laboratórios, portanto os dados não são perfeitamente consistentes. Sendo assim, a maior fonte de erros provém dessa esfera da pesquisa. Quanto ao sistema projetado, leva-se em consideração que não será necessário nenhum desvio excessivo na tubulação em direção ao sistema de tratamento. Porém, como os materiais da tubulação não são muito caros, esses desvios não devem afetar o preço final de forma significativa.
Vale notar que as comparações econômicas mostradas nesse trabalho são somente as mais tangíveis e imediatas. Existem outros benefícios financeiros latentes provindos do suprimento da demanda de água com a pureza de uma água destilada a partir de outros métodos, como por exemplo um menor estresse em sistemas de purificação mais avançados, devido a uma alimentação mais adequada. Isso leva a um desgaste menor, o que acarreta numa diminuição de custos com substituição de equipamento.
Dito isso, o potencial da reutilização das águas dos aparelhos de ar-condicionado é claro. Ao mesmo tempo em que oferece uma vantagem financeira, representa também um grande passo rumo à sustentabilidade hídrica. Os destiladores, além de descartarem água exacerbadamente, a descartam em altas temperaturas, especialmente se operados incorretamente, pondo as tubulações para o esgoto em risco. Em comparação, o sistema de filtração e troca iônica projetado é completamente isolado do sistema de fornecimento e dreno, ao tratar uma água gratuita e não necessitar de nenhuma fonte extra de água para a sua operação.
Além disso, assim como financeiramente, existem benefícios indiretos ambientais que a implementação desse projeto oferece. Um bom exemplo é a redução do gasto de energia. Um gasto reduzido de energia implica em uma menor necessidade de usinas, levando à redução dos impactos ambientais causados por elas. No caso de usinas hidrelétricas, menos áreas sofrem inundações e menos ecossistemas são prejudicados ou destruídos. No caso de usinas termelétricas, menos gases nocivos são emitidos, implicando em uma melhor qualidade do ar.
Outra vantagem do método atual sobre os destiladores é a segurança na operação dos deionizadores. Os destiladores, após alguns meses de operação, criam uma camada de sedimentos ao redor do seu resistor, provindas das impurezas da água de alimentação, potencializando perigos de segurança, como curtos-circuitos e, consequentemente, incêndios.
Além disso, essa camada torna os destiladores menos eficientes, levando a um gasto ainda maior de energia ao longo do tempo, eventualmente superaquecendo os aparelhos e inutilizando-os. Os deionizadores, por sua vez, não potencializam nenhum perigo a medida em que se desgastam e podem ser facilmente regenerados anualmente, dando-os uma vida útil maior do que a de destiladores comuns.
Conclusão
Em suma, demonstrou-se o potencial econômico, bem como ambiental da reutilização das águas condensadas dos aparelhos de ar-condicionado do Bloco E do edifício Cardeal Leme da PUC-Rio. Demonstra-se plausível adaptar o sistema de tratamento criado por Álvaro para purificar a água provinda dos condicionadores de ar de forma mais abrangente, de forma a gerar água Tipo II, seja para alimentar outros sistemas de purificação, seja para utilizar na limpeza de vidrarias ou na preparação de reagentes.
Demonstrou-se também que são poucas as dificuldades para implementar esse projeto no Bloco E da PUC-Rio, denotando uma possível direção rumo ao aposento dos destiladores por completo. Como discutido anteriormente, esse é um passo fundamental rumo à sustentabilidade hídrica, mostrando que a colaboração com a natureza é o melhor caminho a se tomar.
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