Curso de Engenharia Ambiental
Disciplina de Trabalho de Graduação - 2013
Apresentação da aluna LUCIANE
CAMILLO DE OLIVEIRA...
Banca Examinadora:
 TÂNIA LEME DE ALMEIDA
 TIAGO ALMEIDA SILVA
 ADRIANA CRISTIANE RUY
Eficiência de Lagoa Aerada
Tratan...
Sumário
1. INTRODUÇÃO
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
1. A energia no Brasil e no Mundo
2. Tratamento de Efluentes na Indústria
3...
Introdução
A eficiência energética e a utilização consciente
da água, permeiam atualmente as grandes discussões
a respeito...
Introdução
• A energia e o
desenvolvimento
humano.
• A indústria e o
tratamento de efluentes
Industriais.
• O alto consumo...
Revisão Bibliográfica
A energia no Brasil e no mundo
Gráfico Final Energético por Setor (Mtep) de 2006 e 2007 (MME, 2008 a...
Revisão Bibliográfica
Tratamento de Efluentes na Indústria
• A água na natureza
• Alteração na qualidade de água
• Despejo...
Revisão Bibliográfica
Lagoa/Tanque de Aeração Prolongada
• Oxigênio Dissolvido
• Concentração de Lodo
• Aeradores Mecaniza...
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Inversores de Frequência
O inversor de frequência tornou-se uma das principais
peças disponíveis par...
Revisão Bibliográfica
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Inversores
O custo de energia para a manutenção dos aera...
Materiais e Métodos
Concepção do Experimento
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* Projeto Original
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Vazão 120,00 m3/h
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• Aeradores
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Equipamentos:
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Equipamentos:
• CLP
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Equipamentos:
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Materiais e Métodos
Equipamentos:
1. Analisador de O.D
(TO-401 Figura 3.7)
Figura 3.7 – Leitor de O.D (DIGIMED, 2013b)
Materiais e Métodos
Equipamentos:
2. Sonda
(THO-11 Figura 3.6)
As sondas de imersão para
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Materiais e Métodos
Figura 3.8 – Diagrama de Blocos do Projeto (WERNER, 2013e)
Diagrama de Blocos da Ordem de Controle
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Resultados e Discussões
Instalação dos Equipamentos
Cálculo da Potência dos
Aeradores
Controle da Velocidade dos
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Resultados e Discussões
Instalação dos equipamentos
• Testes com o inversor
• Montagem dos quadros elétricos
• Funcionamen...
Resultados e Discussões
Figura 4.7 – Lagoa Aerada (WERNER, 2013l)
Procedimento de Cálculo para a Quantidade de
Aeradores
Resultados e Discussões
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Aeradores
P= potencia requerida no processo
O2= oxigê...
Resultados e Discussões
Controle da Velocidade dos Aeradores a partir do
Leitor de O.D
Resultados e Discussões
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Conclusões
A análise in locuo do projeto de redução de consumo
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Sugestões
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pesquisa, realizando testes de eficiência da
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Referências Bibliográficas
1. BRANCO, A M.B. Energia no Brasil e no mundo. In:
GOLDEMBERG, J. (Org.). Política energética ...
Referências Bibliográficas
7. WERNER, Acervo Particular. 2013
8. SALVADOR, Nemésio Neves Batista. Alternativas de
Tratamen...
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Redução do Consumo de energia elétrica para Lagoa Aerada

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A falta de monitoramento automático do parâmetro de O.D (oxigênio dissolvido) nas lagoas de aeração prolongada e lodos ativados é o principal fator responsável pelo alto consumo de energia elétrica para a manutenção dos aeradores. O presente trabalho diagnosticou ser possível tratar efluentes industriais de forma eficiente, implantando um sistema de controle que utiliza um inversor de frequência ligado a um leitor de O.D e a um CLP (controlador lógico programável), variando a velocidade dos aeradores através da componente frequência, mantendo os parâmetros estabelecidos de DBO no decantador secundário, a partir de análise da variável O.D monitorada por uma sonda submersa de processo. O leitor de O.D é o set-point para o controle da velocidade dos motores elétricos através do inversor de frequência. Os resultados demonstraram uma redução de 46,22% no consumo mensal de energia elétrica do sistema, mantendo o parâmetro de 2mg/L de O2 (Oxigênio) na lagoa. Esta análise demonstrou ser possível reduzir o consumo de energia elétrica, mantendo a eficiência no tratamento do efluente adequado aos parâmetros previstos na legislação vigente.

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Redução do Consumo de energia elétrica para Lagoa Aerada

  1. 1. Curso de Engenharia Ambiental Disciplina de Trabalho de Graduação - 2013 Apresentação da aluna LUCIANE CAMILLO DE OLIVEIRA, para a disciplina Trabalho de Graduação, ministrada pelo Prof. Luiz Marcio Poiani e pela Profa. Adriana Cristiane Ruy. Eficiência de Lagoa Aerada Tratando Efluentes Industriais: Redução do Consumo de Energia Elétrica por Implantação de Inversor de Frequência e Controle de Oxigênio Dissolvido
  2. 2. Banca Examinadora:  TÂNIA LEME DE ALMEIDA  TIAGO ALMEIDA SILVA  ADRIANA CRISTIANE RUY Eficiência de Lagoa Aerada Tratando Efluentes Industriais: Redução do Consumo de Energia Elétrica por Implantação de Inversor de Frequência e Controle de Oxigênio Dissolvido Curso de Engenharia Ambiental Disciplina de Trabalho de Graduação - 2013
  3. 3. Sumário 1. INTRODUÇÃO 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 1. A energia no Brasil e no Mundo 2. Tratamento de Efluentes na Indústria 3. Lagoa/Tanque de Aeração Prolongada 4. Inversores de Frequência 5. Consumo de Energia Elétrica nos Aeradores X Inversores 3. MATERIAIS E MÉTODOS 1. Concepção do Experimento 2. Caracterizando a Lagoa/Tanque Reator 3. Equipamentos 4. Diagrama de Blocos 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 1. Instalação dos Equipamentos 2. Funcionamento do Conjunto Aeradores – CLP – Inversor – Controlador de O.D 3. Resultados Observados 5. CONCLUSÕES E SUGESTÕES 6. REFERÊNCIAS
  4. 4. Introdução A eficiência energética e a utilização consciente da água, permeiam atualmente as grandes discussões a respeito do desenvolvimento sustentável. Fazendo uma analogia entre o cenário atual do consumo de energia, de água e do tratamento de efluentes industrias no Brasil. Esse trabalho apresenta uma proposta de redução de consumo de energia elétrica nos aeradores da lagoa, mantendo a eficiência do tratamento biológico por aeração prolongada e lodos ativados, utilizando inversor de frequência, leitor de oxigênio dissolvido e controlador lógico programável.
  5. 5. Introdução • A energia e o desenvolvimento humano. • A indústria e o tratamento de efluentes Industriais. • O alto consumo e custo de energia elétrica dos sistemas de tratamento de efluentes aeradores mecanicamente. Figura 1.1 – Lagoa Aerada ou Tanque de Aeração (OLIVEIRA, 2013)
  6. 6. Revisão Bibliográfica A energia no Brasil e no mundo Gráfico Final Energético por Setor (Mtep) de 2006 e 2007 (MME, 2008 apud ANEEL, 2008g) Figura 2.2– Consumo de energia elétrica per capita em 2007 (BP 2008 apud ANEEL, 2008d)
  7. 7. Revisão Bibliográfica Tratamento de Efluentes na Indústria • A água na natureza • Alteração na qualidade de água • Despejos ou Efluentes Industrias • Sistemas de Tratamento de Efluentes • Tratamentos Biológicos • Parâmetros de Operação de Acordo com a Legislação Vigente.
  8. 8. Revisão Bibliográfica Lagoa/Tanque de Aeração Prolongada • Oxigênio Dissolvido • Concentração de Lodo • Aeradores Mecanizados Figura 2.10 – Fluxograma do Sistema de Aeração Prolongada (CAVALCANTI, 2009p) Figura 2.13 - Detalhe de aeradores tipo cone e turbina (MENDONÇA, 1990 apud SALVADOR, 2010b).
  9. 9. Revisão Bibliográfica Inversores de Frequência O inversor de frequência tornou-se uma das principais peças disponíveis para a otimização do uso de energia elétrica sem afetar os processos de produção. Sabendo-se que na maioria dos projetos que utilizam sistemas elétricos, as estruturas apresentam-se superdimensionadas em relação à demanda real do processo, onde a justificativa apresentada, em alguns casos, é a necessidade de se primar por uma margem de segurança. Obviamente, há um gasto desnecessário com equipamentos que muitas vezes jamais serão utilizados em sua plenitude, sem falar do desperdício de energia com o pleno funcionamento dos mesmos (EUROPUMP AND HYDRAULIC INSTITUTE, 2004; GAMBICA, 2007 apud RODRIGUES, 2007b).
  10. 10. Revisão Bibliográfica Consumo de Energia Elétrica nos aeradores x Inversores O custo de energia para a manutenção dos aeradores possui alto investimento tanto financeiro, quanto em demanda energética nacional.. Alternativas já impostas a ETE’s visando economia de energia: • Interrupção da energia nos horários de ponta • Utilização do Inversor com CLP, ainda sem o controlador de OD
  11. 11. Materiais e Métodos Concepção do Experimento O projeto experimental foi montado na ETE da Empresa Werner Fábrica de Tecidos, cito à Rua Bingen, 1737 – Bingen, Petrópolis no Rio de Janeiro. Num trabalho conjunto da gerência da manutenção por ocasião do estágio obrigatório. A ETE constando de lagoa aerada seguida de decantação propiciou condições adequadas à instalação do sistema, proporcionando a observação in locuo dos resultados.
  12. 12. Materiais e Métodos Pesquisa: * Projeto Original * Plantas Avaliação das condições e parâmetros de eficiência da Lagoa Escolha e aquisição dos equipamentos. Definição da operação do sistema de controle .
  13. 13. Materiais e Métodos Vazão 120,00 m3/h DBO5 Afluente 80,00 mg DBO/L Sólidos Suspensos no Reator 2,50 Kg MS/m3 Carga Orgânica Total 230,40 Kg DBO/dia Volume no Reator 1.800,00 m3 Oxigênio Necessário 5,42 Kg O2/Kg DBO Oxigênio a Manter no Reator 2,00 ml/L Oxigênio a Fornecer ao Reator 1.248,05 Kg O2/dia Tempo de Aeração (Tempo de Detenção) 15,00 horas Taxa de Transferência do Aerador 1,80 Kg O2/KWh Vazão da Recirculação 120.00 m3/h Excesso de Lodo 0,50 g MS/g DBO Produção de Lodo 06 Kg MS/m3.dia Lodo Excedente 114,97 Kg MS/dia Vazão de Descarte 11,50 m3/dia Relação Lodo/Afluente 0,40 % Idade do Lodo 39,15 dias Potência Instalada antes do Inversor 68 CV Profundidade 3,5 m Fonte: (PROECO, 1982 apud WERNER 2013b) Caracterizando a Lagoa/Tanque Reator
  14. 14. Materiais e Métodos Equipamentos: • Aeradores Aeradores superficiais, de eixo vertical, alta rotação e flutuantes Figura 3.1 – Aerador Instalado na Lagoa (OLIVEIRA, 2013)
  15. 15. Materiais e Métodos Equipamentos: • Inversor de Frequência O modelo utilizado na implantação, um Micromaster 440 Siemens ilustrado na Figura 3.2, tem a finalidade de substituir o sistema estrela/triângulo no intuito de suavizar a partida e controlar a velocidade nominal dos aeradores Figura 3.2 – Inversor de Frequência Siemens Micromaster 440 (WERNER, 2013a)
  16. 16. Materiais e Métodos Equipamentos: • CLP O CLP adquirido do fabricante Altus modelo FBS24MAR ilustrado na Figura 3.3, tem por finalidade realizar o acionamento escalonado dos motores elétricos (aeradores), em substituição a antiga lógica de comando da lagoa de aeração. Figura 3.3 – Controlador Lógico Programável (WERNER, 2013b) Figura 3.4 – Programação WinProladder parte 01 (ALVES, 2013 apud WERNER, 2013c) Programação utilizada no experimento (Figura 3.4)
  17. 17. Materiais e Métodos Equipamentos: • Leitor de O.D Com a função de manter o nível de O.D adequado a mistura líquida da lagoa, o leitor envia para o inversor a partir de sinal analógico de 4 a 20 mA devidamente programado no equipamento por uma memória calibrada controlada pelo set-point enviando este sinal ligado ao analógico do inversor, mantendo a velocidade necessária à eficiência química do processo. O leitor de O.D Digimed, implantado para funcionamento do projeto citado é composto por dois equipamentos:
  18. 18. Materiais e Métodos Equipamentos: 1. Analisador de O.D (TO-401 Figura 3.7) Figura 3.7 – Leitor de O.D (DIGIMED, 2013b)
  19. 19. Materiais e Métodos Equipamentos: 2. Sonda (THO-11 Figura 3.6) As sondas de imersão para Oxigênio Dissolvido para aplicação industrial consistem tipicamente em um suporte adequado, cuja finalidade é fixar e proteger a célula industrial de Oxigênio Dissolvido modelo: DMCO2 e suas respectivas conexões. Figura 3.6 – Sonda (DIGIMED, 2013a)
  20. 20. Materiais e Métodos Figura 3.8 – Diagrama de Blocos do Projeto (WERNER, 2013e) Diagrama de Blocos da Ordem de Controle do Sistema
  21. 21. Resultados e Discussões Instalação dos Equipamentos Cálculo da Potência dos Aeradores Controle da Velocidade dos Aeradores a partir de Leitor de O.D
  22. 22. Resultados e Discussões Instalação dos equipamentos • Testes com o inversor • Montagem dos quadros elétricos • Funcionamento do conjunto Aeradores-CLP-Inversor- Controlador de O.D Figura 4.1 – Registro da Instalação do Inversor de Testes (WERNER, 2013f) Figura 4.2 – Quadro Elétrico 1 (WERNER, 2013g) Figura 4.3 – Quadro Elétrico 2 (WERNER, 2013h) Figura 4.4 – Comando de Controle dos Aeradores ETE_Motores (ALVES, 2013 apud WERNER 2013i)
  23. 23. Resultados e Discussões Figura 4.7 – Lagoa Aerada (WERNER, 2013l) Procedimento de Cálculo para a Quantidade de Aeradores
  24. 24. Resultados e Discussões Procedimento de Cálculo para a Quantidade de Aeradores P= potencia requerida no processo O2= oxigênio a fornecer ao reator N = Taxa de transf. de oxigênio dos aeradores. O2=1.248,05 Kg O2/dia = 52,002 Kg O2/h Volume da Lagoa = Q x t = 1.800m3 x 0,625 dias = 1.125m3 P’ = 10(w/m3) x Vol = 10 x 1,125 = 11,250 Kw Adotando-se o maior dos valores e como P>P’, Toma-se P = 28,89 Kw. Sendo 1CV = 0,74 Kw, P = 39,04 CV
  25. 25. Resultados e Discussões Controle da Velocidade dos Aeradores a partir do Leitor de O.D
  26. 26. Resultados e Discussões Figura 4.8 – Gráfico da Redução de Consumo de Energia Elétrica (WERNER, 2013m) 8424 4536 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Consumo/mensal (Kwh) 60 Hz s/Inversor 50 Hz c/Inversor
  27. 27. Conclusões A análise in locuo do projeto de redução de consumo de energia elétrica, a partir de leitor de O.D e inversor de frequência instalados na lagoa aerada do sistema de tratamento biológico de efluentes, concluiu ser possível:  A Mitigação de Impacto Ambiental pela melhoria na qualidade da água lançada no curso d’ água;  A Redução de 46,22 % do consumo de energia elétrica dos motores de aeração.  A contribuição para a redução de demanda na matriz energética do governo federal através do plano de eficiência energética.
  28. 28. Sugestões Em virtude das considerações acima é recomendável que se amplie a pesquisa, realizando testes de eficiência da lagoa, a partir de análises laboratoriais de cada parâmetro individualmente, a fim de estabelecer padrões ainda mais excelentes de redução do consumo de energia elétrica dos aeradores implantados.
  29. 29. Referências Bibliográficas 1. BRANCO, A M.B. Energia no Brasil e no mundo. In: GOLDEMBERG, J. (Org.). Política energética e crise de desenvolvimento: a antevisão de Catullo Branco. São Paulo: Paz e Terra, 2002. 2. SILVA. T.A. Economia de energia elétrica com a utilização de inversores no sistema de umidificação da retorção da Werner Fábrica de Tecidos. SENAI, Rio de Janeiro, 2012. 3. AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELETRICA (Brasil), Atlas de energia elétrica do Brasil: ANEEL, 2008. 236 p.: il. Parte 1 – Energia no Brasil e no mundo. Disponível em <http://www .aneel.gov.br/visualizar_texto.cfm?idtxt=1689> Acesso em 11 abril 2013. 4. BRAGA, B.; et al. Introdução à engenharia ambiental. 2.ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 5. CAVALCANTI, J.E.W. A. Manual de tratamento de efluentes industriais. 2. ed. São Paulo, 2009. 6. WERNER, Projeto Estação de Tratamento, Tanque de Aeração. PROECO, 1982. 7. WERNER, Acervo Particular. 2013
  30. 30. Referências Bibliográficas 7. WERNER, Acervo Particular. 2013 8. SALVADOR, Nemésio Neves Batista. Alternativas de Tratamentos de Esgotos Sanitários. São Carlos, 2011. 9. DIGIMED. Manual de instruções analisador de oxigenio dissolvido. 10. ALTUS. Manual de instruções controlador logico programável. 11. RODRIGUES, W. Critérios para o Uso Efieciente de Inversores de Frequência em Sistemas de Bombeamento de água. Tese de Doutorado – UNICAMP, São Paulo, 2007. Disponível em: <http://www.bibliotecadigital.unicamp.br/document/?code=vtls0 00419830>. Acesso em: 17 maio 2013. 12. RODRIGUES, W. Critérios para o Uso Efieciente de Inversores de Frequência em Sistemas de Bombeamento de água. Tese de Doutorado – UNICAMP, São Paulo, 2007. Disponível em: <http://www.bibliotecadigital.unicamp.br/document/?code=vtls0 00419830>. Acesso em: 17 maio 2013. 13. PESTANA, M; GANGHIS, D. Tratamento de Efluentes. CEFET, Bahia, 2010. Disponível em: < http://www.ebah com.br /content/ABAAABNckAI/apostila-tratamento-efluentes> Acesso em: 10 maio 2013.

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