avaliaÇÃo ambiental e econÔmica do reuso de Água …

XL ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO “Contribuições da Engenharia de Produção para a Gestão de Operações Energéticas Sustentáveis”

Foz do Iguaçu, Paraná, Brasil, 20 a 23 de outubro de 2020.

AVALIAÇÃO AMBIENTAL E ECONÔMICA

DO REUSO DE ÁGUA EM TESTE

HIDROSTÁTICO EM VASO DE PRESSÃO:

ESTUDO DE CASO

Aleksander da Conceição Silva (Universidade Nove de Julho)

[email protected] Plinio Centoamore (Universidade Nove de Julho)

[email protected] José Manuel Ferreira Correia (Universidade Nove de Julho)

[email protected] Geraldo Cardoso de Oliveira Neto (Universidade Nove de Julho)

[email protected] Luiz Fernando Rodrigues Pinto (Universidade Nove de Julho)

[email protected]

Resumo

Este artigo apresenta uma categoria de equipamento de grande importância na indústria petrolífera,

refinarias, petroquímicas e indústria químicas, que são os vasos de pressão, que em geral, trabalham

submetidos a rigorosas condições operacionais de forma contínua, e para garantir a segurança operacional

e validar são necessários testes de pressão. Assim teste hidrostáticos (TH) são realizados com uso de água,

apresentando desperdício, impactando a empresa no aspecto ambiental e econômico como a perda de água

no processo. O artigo teve como objetivo de pesquisa, por meio de um estudo de caso real, em uma empresa

de fabricante de vaso de pressão industrial, contribuir com resultados da aplicação da estratégia de P+L,

por meio dos ganhos ambientais e econômicos dentro do processo de TH, uso de poços artesianos e reuso

da água. Como resultado da pesquisa a empresa obteve um ganho econômico de R$13.800,00 mensal, com

retorno de investimento em 16 meses e ganho ambiental com a eliminação mensal de desperdício de 90m3

de água.

Palavras chaves: Produção mais limpa, Teste hidrostático, Ganho ambiental, Ganho econômico, Vaso de

pressão.

mailto:[email protected]





XL ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

“Contribuições da Engenharia de Produção para a Gestão de Operações Energéticas Sustentáveis” Foz do Iguaçu, Paraná, Brasil, 20 a 23 de outubro de 2020.

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1. Introdução

A Sociedade Norte americana de Engenheiros Mecânicos (em inglês American Society of

Mechanical Engineers - ASME) é uma associação profissional de engenheiros

mecânicos dos Estados Unidos que é divido em 37 ramos onde especificar normas e

regulamento técnicos em diversos países.

De acordo com código ASME (2017), os vasos de pressão estão sujeitos ao TH, após o

término da sua fabricação e em processos que passam por reparos e alterações. O teste é

importante para os novos vasos reparados ou alterados para verificar a sua integridade

estrutural antes da colocação em serviço.

Os vasos de pressão representam a categoria de equipamentos de grande importância na

indústria petrolífera, refinarias, petroquímicas e indústria químicas. Em geral, trabalham

submetidos a rigorosas condições operacionais de forma contínua por meses, sem paradas

para inspeção ou manutenção. A paralisação não programada de qualquer destes

equipamentos, por qualquer que seja o motivo, resulta em grandes perdas de produção e

lucros para as empresas. As falhas, por sua vez, podem levar a acidentes de proporções

incalculáveis, com grandes danos materiais e ambientais e, em certos casos, a perda de vidas

humanas. Dessa forma o TH é necessário e segue regras rigorosas, conforme normas

reguladoras (NR13) e normas Internacionais (ASME).

O TH é o procedimento mais comum usado para esse fim ele é realizado enchendo todo o

vaso com água e pressurizando para uma pressão de teste especificada de acordo com a

norma. O teste pode variar no consumo e descarte de 1 m3 a 2 m3 de água, dependendo da

utilização do vaso.

Diante disso tem-se discutido muito, no ambiente industrial e acadêmico a utilização de

propostas, sobre o tema de TH, Khathlan et al. (2017), propôs em seu artigo investigar a

precisão e a confiabilidade de um teste alternativo através de método finito, assim avaliando o

contorno cilíndrico das junções e bocal dos vasos para verificar a melhor combinação,

Bouvier et al. (2019), realizou um estudo para propor um projeto de material alternativo

relevante e eficiente do vaso padrão de pressão feito de compósito de polímero reforçado com

carbono utilizando modelagem finita, ele analisou os níveis de rupturas decorrentes do TH e

Fessler e Rapp (2014), mencionou em seu artigo um método para estabelecer intervalos de

TH com base na suposição de que rachaduras e corrosão para estabelecer intervalos reteste

hidrostático para tubulações. Diante disso somente foram encontrados artigos que estão

https://pt.wikipedia.org/wiki/Engenharia_Mec%C3%A2nica

https://pt.wikipedia.org/wiki/Engenharia_Mec%C3%A2nica

https://pt.wikipedia.org/wiki/Estados_Unidos



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direcionados para a questão de segurança dos TH, durabilidades e nível corrosão dos vasos de

pressão, mas não foi encontrado pesquisas que abordam o TH relacionando o conceito de

Produção mais limpa (P+L), com ganho ambiental e econômica no processo.

Com isso sugere-se a seguinte pergunta de pesquisa, a aplicação da estratégia de P+L, pode

trazer para as empresas ganhos ambientais e econômicos no processo de TH em vasos de

pressão?

Neste contexto, as pesquisas pressupõem que a conservação e o reuso de água utilizadas em

TH tornam-se uma alternativa viável, assim diminuir o impacto ao meio ambiente, ao mesmo

tempo em que traz benefícios financeiros (FERNANDES et al. 2001).

O artigo tem como objetivo de pesquisa, por meio de um estudo de caso real, em uma

empresa de fabricante de vaso de pressão industrial, contribuir com resultados da aplicação da

estratégia de P+L, por meio dos ganhos ambientais e econômicos dentro do processo de TH.

Kuhndt et al. (2002), afirmou que a política e a estratégia empresarial, junto com o processo

de tomada de decisão, precisam ser integradas aos aspectos econômicos, sociais e ambientais.

O artigo buscou explorar a maneira como este teste são realizados por meio de um caso real

em um fabricante de vasos de pressão. Todo o projeto, fabricação e testes aplicado de acordo

com o Código ASME.

O artigo segue organizado da seguinte forma; na segunda parte será realizado a revisão da

literatura sobre a P+L e reuso de água associando a avaliação econômica e ambiental, e na

terceira etapa será apresentada a metodologia realizada no estudo de caso real realizado e por

fim os resultados.

2. Revisão da literatura

2.1. Produção mais limpa (P+L)

Em 1989, a expressao “P+L” foi lançada pela United Nations Environment Program (UNEP)

e pela Division of Technology, Industry and Environment (DTIE), como sendo a aplicacao

continua de uma estratégia integrada de prevencao ambiental a processos, produtos e servicos,

visando o aumento da eficiencia da producao e a reducao dos riscos para o homem e o meio

ambiente.

A partir desse novo paradigma, a poluicao ambiental passa a ser sinonimo de desperdicio nas

empresas, e seus processos passam por mudancas que buscam diminuir o consumo de água,

energia e materias-primas (ARGENTA, 2007).



3

A P+L e vista entre os especialistas como uma forma moderna de tratar as questões de meio

ambiente nos processos industriais. Dentro desta metodologia pergunta-se “onde estao sendo

gerados os resíduos? “e nao mais somente “o que fazer com os resíduos gerados? “. Dessa

forma, evita-se o desperdício, tornando o processo mais eficiente (HENRIQUES e

QUELHAS, 2007).

A P+L de acordo com o conceito proposto por Fernandes et al. (2001), pressupõe quatro

atitudes básicas:

a) Minimizacao da geracao dos residuos;

b) Reaproveitamento dos residuos no próprio processo de producao;

c) Reciclagem, com o aproveitamento das sobras ou do próprio produto para a geracao

de novos materiais.

Este artigo busca apresentar a utilização da terceira atitude básica da P+L do conceito de

Fernandes et al. (2001), por meio de um estudo de caso real de reaproveitamento dos resíduos

(água), dentro do próprio processo de produção de TH em vaso de pressão.

2.2. Teste hidrostático (TH)

A indústria fabricante de equipamentos pressurizados (vasos de pressão e caldeiras), são,

provavelmente empresas fabricantes de bens de capital e máquinas a ter que se submeter a

rígidos códigos e regulamentações de projetos, fabricação e utilização. Esta situação tem

como origem a necessidade de garantia da integridade dos produtos pressurizados que fazem

parte das instalações industriais usuais (ASWED E RUIZ, 1974). Esta circunstância tem sua

origem na quantidade de acidentes provocados por explosões de vasos pressurizados e

caldeiras geradoras de vapor experimentados a partir de meados do sec. XIX até o início do

sec. XX. Diante desta situação, a partir do início do sec. XX, o projeto, fabricação e instalação

de equipamentos pressurizados em território americano, passou a ser regulamentado pelo

código The American Society of Mechanical Engineers (ASME), por meio do Boiler &

Pressure Vessel Code (BPVC). Ao longo do tempo, a regulamentação contida no código foi

sendo adotada por uma grande quantidade de países e tornou-se uma norma regulamentadora

imposta para fabricação e instalação de equipamentos pressurizados. No Brasil o Código

ASME serve de base para a NR-13 que regulamenta equipamentos pressurizados. Inclui

requisitos mandatórios e proibições específicas (CODIGO ASME, 2017).

Dentre as práticas mandatórias, é requerido a realização de um TH, para a determinação dos

limites de utilização de componentes pressurizados. O TH é realizado com a pressurização do



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equipamento preenchido com um fluido (normalmente água), até um nível de pressão que tem

como base a pressão de operação. Esta pressão de teste fica localizada entre 1,3 a 1,5 vezes a

pressão de operação (FOULD et al., 2004).

2.3. Água e reuso

A reutilização da agua apresenta atrativos como menor custo, confiabilidade tecnológica e

suprimento garantido. No aspecto qualidade, os riscos inerentes sao gerenciados com adoção

de medidas de planejamento, monitoramento, controle e sinalização adequados (SABESP,

2004).

Andrade (1996), afirma que "o uso indiscriminado dos recursos hídricos vem acarretando a

diminuicao das reservas de agua em todo o planeta”.

O grande dilema do gerenciamento dos recursos hídricos, segundo Mancuso e Santos (2003) é

equilibrar a necessidade de consumo com a disponibilidade. A água, ao contrário do que

pensa a maioria da população é um bem que já está tornando-se escasso em muitas regiões do

planeta (CUTOLO, 2009).

Philippi e Arlindo (2002), descreve que "hoje, devido a velocidade com que os avancos

tecnologicos se deram em todos os campos da atividade humana, processos de reuso de agua,

ate entao tidos como extremamente perigosos, estão disponibilizados no mercado”.

Será também considerada reuso de agua, a reutilizacao de agua pelo mesmo usuario, para um

uso diferente do original (PHILIPPI E ARLINDO, 2002).

3. Metodologia

Segundo Prodanov e Freitas (2013), método é um procedimento ou meio para alcançar

determinado fim. Esta pesquisa se caracteriza como um estudo prático aplicado, pois as

características do que se deseja investigar se adapta mais ao estudo aprofundado de um caso

real, por seu interesse prático, isto e, que os resultados sejam aplicados ou utilizados,

imediatamente, na solução de problemas que ocorrem na realidade” (MARCONI E

LAKATOS, 2002).

Quanto aos objetivos, o trabalho foi uma pesquisa descritiva, assim foram registrados os

processos envolvidos sem nenhuma intervenção ou alteração dos dados. As pesquisas deste

tipo têm como objetivo primordial a descrição das características de determinada população

ou fenômeno ou o estabelecimento de relações entre variáveis. (GIL, 2012).



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Em relação aos procedimentos, realizou-se uma revisão da literatura e um estudo de caso real

que consistiu em um método que se aprofunda uma unidade individual (YIN, 2010). É uma

ferramenta utilizada para o entendimento da forma e dos motivos que levaram a determinada

decisão.

O estudo de caso foi dividido e realizado em quatro etapas apresentadas a seguir na figura 1.

Figura 1: Fluxograma de atividade do estudo.

Fonte: Autor adaptação de fluxograma Microsoft

Em relação payback (retorno do investimento), utilizou-se conforme afirmação de Gitman

(2004, p. 339) “se o periodo de payback for menor que o período máximo aceitável de

recuperação, o projeto será aceito. Se o período de payback for maior que o período máximo

aceitável de recuperação, o projeto será rejeitado” no caso real implementado era planejado

um período máximo aceitável de 24 meses de payback.

Payback (meses) = Total investido / lucro mensal (Eq 1)

As análises de demonstrações financeiras alteram os dados nelas contemplados em

informações que poderá ser utilizada na tomada de decisão. (Matarazzo, 2003).

4. Estudo de caso

4.1 Localização

O objeto de estudo foi aplicado em uma empresa fabricante de vaso de pressão, situada na

região industrial de Campinas.



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O processo de fabricação dos produtos inclui operações básicas de caldeiraria, tais como

corte, preparação, conformação das virolas, fabricação dos tampos, montagem e solda,

acabamento. Dentre as operações de verificação e controle de qualidade existem as exigências

de ensaios destrutivos e não destrutivos, avaliações dimensionais, e TH.

4.2 Processo de teste hidrostático

A descrição deste caso refere-se a forma de realização do TH. Em sua grande maioria, os

vasos fabricados operam com Pressão de Trabalho em torno de 3 a 12 kgf/cm2 (bar). Por

força das normas aplicáveis, o teste deve ser realizado com a Pressão de Projeto multiplicada

por 1,5. A Pressão de Projeto representa, no cálculo de dimensionamento, a Pressão de

Trabalho. Alem da Pressao de Trabalho, a variavel “Temperatura” tambem tem uma

importância relevante no dimensionamento do equipamento, apesar de não interferir nas

condições do TH, que é sempre realizado na temperatura ambiente.

A figura 2 exemplifica o modelo utilizado pela empresa estudada para realizar o teste

hidrostático nos vasos de pressão antes do embarque para o cliente.

Figura 2: Modelo de fluxograma de teste hidrostático

Fonte: Autor adaptação de fluxograma Microsoft

O modelo em questão mostra o desperdício de água que afeta o meio ambiente e implica em

custo para a empresa.

O fornecimento de água para consumo geral da empresa era da Empresa de abastecimento da

cidade de Campinas (SANASA). Esta água era utilizada em toda a instalação industrial,



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incluindo banheiros, sanitários, bebedouros, cozinha, limpeza etc. Por características dos

processos de fabricação não se utilizava água em processos industriais, somente para os casos

de TH. O valor médio da conta de abastecimento era de R$ 11.500,00/mês, com um

consumo em torno de 90m3/mês. As águas usadas eram descartadas em fossas sépticas.

4.2. Tratamento da água

A utilização de água normal para consumo humano na realização de TH é inviável, por conta

desta água ser tratada. Neste tratamento, entre outros procedimentos, é acrescentado cloro

para a garantia de sua sanidade para consumo humano. Por estarmos realizando testes em

vasos de pressão fabricados em aço inoxidável, a água utilizada requer algumas características

físico-químicas para a prevenção de eventual corrosão prematura do material do vaso,

decorrente da contaminação por cloretos. Estes cloretos estão normalmente contidos na água

fornecida pela SANASA em decorrência do tratamento químico realizado.

4.3. Aplicação

A solução era a compra de caminhões pipa de água com origem de poços artesianos, contando

com a garantia de limites de cloretos, dentro das especificações, através de certificados de

análise química. Estas compras estavam vinculadas aos volumes dos vasos a serem testados,

cujos valores variavam entre 1m3 e 200 m3 de água. A compra era realizada em caminhões

com o mínimo de 6 m3 até 50 m3 de água, dependendo da quantidade e do tamanho de vasos a

serem testados. Após o teste, a água era descartada na rede pluvial por não se caracterizarem

como águas usadas. Este procedimento atendia a Regulamentação de Utilização da Rede

Municipal de Águas e Esgoto da Prefeitura Municipal de Campinas. O custo de abastecimento

via caminhões era de R$ 800,00 por caminhões de 6 m3 e de R$ 2.700,00 para caminhões de

50 m3 de água. O consumo médio anual era de oito operações/ano de abastecimento gerando

um gasto aproximado de R$ 2.000,00 por mês. O certificado de análise química custava em

torno de R$ 300,00 por análise, o que correspondia a um total mensal médio de R$ 2.300,00

tabela1.

Tabela 1: Custo e quantidade de água utilizada em TH



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DESCRIÇÃO ATIVIDADE CUSTO MENSAL R$ M3 de água

Consumo de água11.500,00

90

Água para teste2.300,00

18

Total13.800,00

108

Fonte: Autor

Além dos custos, existia também o desperdício de água onde havia uma media mensal de 108

m³ de água que eram descartados em redes pluviais, além disso existia inconveniente das

operações de compra dos caminhões de água para os testes, uma vez que não existia local

adequado para armazenagem desta água e ela deveria estar disponível no momento da

preparação para o teste. O enchimento dos vasos era feito diretamente do caminhão de

abastecimento para o vaso a ser testado. Quando existia mais de um equipamento a ser

testado, a transferência da água de um vaso para outro era realizada por meio de

bombeamento, o que se constituía em uma operação demorada e difícil, principalmente

quando os vasos eram de grande volume, ou ainda com volumes muito diferentes. Para

finalizar esta situação o que incomodava também era o enorme desperdício de água, que como

já foi afirmado acima, esta era descartada em rede pluvial após a realização dos testes.

A partir de um estudo de viabilidade técnica e econômica, foram sugeridas três medidas

básicas a seguir;

a) Realizar a perfuração de um poço artesiano para retirada da água para consumo geral e

para a realização dos testes hidrostáticos, avaliação e análise geológica das áreas

circunvizinhas do local da empresa, concluiu-se que a região era propícia para

implantação de poços artesianos. Foi consultada a Prefeitura Municipal para

solicitação de licença de perfuração o que habilitaria o poço e contratado uma empresa

especializada para realização do trabalho de perfuração e instalação dos sistemas de

bombeamento de água e avaliação e controle da vazão do poço para garantia de

disponibilidade suficiente para o consumo estimado. O valor total investido foi de R$

65.000,00.



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b) A instalação de uma área específica para testes com um reservatório de fibra de vidro

para acondicionamento de água exclusivamente para estes testes. Este reservatório foi

calculado para uma capacidade de 130 m3 de água. Este volume ficou limitado a esta

dimensão por conta da dificuldade de fabricação, transporte e instalação de um

reservatório maior. O custo do reservatório ficou em R$ 125.000,00. As obras civis

custaram R$ 12.000,00. A compra e instalação do circuito de bombeamento desta

estação de teste custou R$ 4.500,00. Este reservatório passou a ser alimentado pela

bomba do poço artesiano antes do processo de tratamento a base de cloro. A análise da

água originada do poço, sem tratamento, apresentou um resultado compatível com as

encontradas em lençóis freáticos da região, sem contaminação bacteriológica e com

nível de cloreto dentro dos limites aceitáveis por norma (15 a 20 ppm). O custo total

desta fase ficou em R$ 141.500,00.

c) Reforma das caixas d’agua e do sistema de distribuicao para receber água de poço

artesiano e instalação de uma central de tratamento da água, retirada do poço para

consumo humano e abastecimento geral da planta. Foi realizada também a interligação

entre o sistema do poço com a estação de teste. A capacidade dos reservatórios foi

aumentada para 120 m3 garantindo-se 40 m3 para prevenção e combate a incêndios,

imposição regulamentar para obtenção de licença por parte do Corpo de Bombeiros–

Auto de Vistoria do Corpo de Bombeiros (AVCB). Este custo ficou em R$ 15.000,00,

com um investimento total tabela 2.

Tabela 2: Investimento

ATIVIDADE

Perfuração do poço

Instalação de estação de teste

Reforma e adaptação das

instalações

Total

INVESTIMENTO (R$)

65.000,00

141.500,00

15.000,00

221.500,00

Fonte: Autor



10

Com base no payback obtido na tabela 3, o retorno do investimento gerou um prazo de

amortização de 16 meses.

Payback (Meses) = Total investido/ Lucro mensal inicial

Tabela 3: Prazo de retorno do investimento

INVESTIMENTO

Total investido

Lucro mensal

Retorno

13.800,00

16 Meses

221.500,00

VALOR (R$)

Fonte: Autor adaptação payback (GITMAN,2004)

Após a implementação no novo processo foi eliminado o desperdício de água e reaproveitado

em sua totalidade, gerando assim um ciclo contínuo figura 3, contendo ganho ambiental e

econômico.

A figura 3, apresenta a água que vêm do poço artesiano e abastece o reservatório, onde é

utilizado para encher os vasos de pressão para TH que posteriormente volta a água após o

teste para o reservatório com auxílio de bomba, caso ocorra vazamento durante o processo a

água é completada pelo poço artesiano novamente.

Figura 3: Ciclo do novo processo de teste hidrostático

PRESSURI ZAR

VASO DE PRESSÃO

DRENAR ÁGUA DO VASO DE PRESSÃO

BOMBEAR ÁGUA DO POÇO

ARTESI ANO OU VASO DE PRESSÃO

ENCHER RESERVATÓRI O

CASA DE BOMBA

VASO DE PRESSÃO

RESERVATÓRIO

DRENAGEM

Fonte: Autor adaptação ciclo Microsoft



11

Conclusão

A pesquisa mostra que com a utilização de estratégias da P+L, aplicado em uma empresa

fabricante de vaso de pressão, contribui para o ganho econômico e ambiental, o reuso da água

é uma excelente estratégia de negócio para empresa, na eliminação de compra de água via

caminhão pipa, apresentando um prazo de amortização do investimento de aproximadamente

16 meses. Esta consideração levou em conta a economia na conta de abastecimento de água,

que foi substituída pelo consumo da água retirada do poço artesiano aberto. Como resultado a

empresa obteve um ganho econômico de R$13.800,00 mensal, e além disso a empresa obteve

ganho ambiental com a utilização de umas das bases da P+L o reuso 90m3 de água mensal

que deixaram de ser despejada na rede pluvial respondendo dessa forma a pergunta de

pesquisa.

Um outro fator considerado importante, é que todo o processo foi realizado dentro da

legislação municipal vigente e da utilização regulamentada pelas autoridades competentes dos

recursos naturais.

Como consequências secundárias, com o reuso da água, conforme uma das base da P+L, foi

de valiosa importância para a redução no consumo e desperdício de água utilizadas nos TH

em vaso de pressão, a melhoria do desempenho operacional e de prazos na realização destes

testes e um ganho significativo, na agilização do processo, no que diz respeito a programação

das datas e horários ideais para sua realização, pois eliminou a necessidade de agendamento

com os caminhão pipa, e a água esta disponível para o TH a qualquer hora do dia.

A pesquisa identificou a aplicação do método do TH, inserido na base da P+L para ganho

econômico e ambiental, e abriu oportunidade de nova pesquisa, no qual por meio de uma

survey, para confirmação dos ganhos econômicos e ambientais em outras empresas faz uso de

TH, entretanto não podemos generalizar os resultados, pois trata-se de um estudo de caso em

uma região, no qual existe a condição de uso do lençol freático e isso deve ser observado em

pesquisas futuras.

Referências

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