O documento apresenta o projeto de uma aluna de Engenharia Ambiental sobre a eficiência de uma lagoa aerada tratando efluentes industriais, por meio da implantação de inversor de frequência e controle de oxigênio dissolvido para reduzir o consumo de energia elétrica. O projeto foi realizado na Estação de Tratamento de Efluentes de uma fábrica têxtil e apresenta a concepção do experimento, equipamentos, métodos, resultados e conclusões.

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. Materiais e Métodos
Equipamentos:
• Aeradores
Aeradores superficiais,
de eixo vertical, alta
rotação e flutuantes
Figura 3.1 – Aerador Instalado na Lagoa (OLIVEIRA, 2013)

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. 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. 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. Materiais e Métodos
Equipamentos:
1. Analisador de O.D
(TO-401 Figura 3.7)
Figura 3.7 – Leitor de O.D (DIGIMED, 2013b)

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. Materiais e Métodos
Figura 3.8 – Diagrama de Blocos do Projeto (WERNER, 2013e)
Diagrama de Blocos da Ordem de Controle
do Sistema

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. 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. Resultados e Discussões
Figura 4.7 – Lagoa Aerada (WERNER, 2013l)
Procedimento de Cálculo para a Quantidade de
Aeradores

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. Resultados e Discussões
Controle da Velocidade dos Aeradores a partir do
Leitor de O.D

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. 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. 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. 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. 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.