caracterização e otimização do circuito de águas...

Departamento

de Engenharia Química e Biológica

Caracterização e otimização do circuito de

águas industriais da linha de esterilização

de garrafas e cápsulas de uma linha

asséptica de uma empresa de

engarrafamento de refrigerantes Dissertação apresentada para a obtenção do grau de Mestre em

Processos Químicos e Biológicos

Autor

Ricardo Jorge Neves Gomes

Orientadores

Doutor Luís Miguel Moura Neves de Castro

Instituto Superior de Engenharia de Coimbra

Dr. Miguel Pedro Moura de Carvalho

Sociedade da Água de Luso, S.A.

Coimbra, Dezembro de 2011

Para ser grande, sê inteiro: nada

Teu exagera ou exclui.

Sê todo em cada coisa. Põe quanto és

No mínimo que fazes.

Assim em cada lago a lua toda

Brilha, porque alta vive.

Ricardo Reis, in "Odes"

Heterónimo de Fernando Pessoa

AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar ao meu orientador do Departamento de Engenharia Química e

Biológica do Instituto Superior de Engenharia de Coimbra, Doutor Luís Miguel Moura

Neves de Castro pela forma incansável com que me apoiou no decorrer de todo este

estágio, quer no âmbito científico, quer no âmbito pessoal, ajudando-me a transpor

as adversidades que foram surgindo.

Em segundo lugar ao Dr. Miguel Pedro Moura de Carvalho, Diretor da Qualidade da

Sociedade da Água de Luso, por toda a disponibilidade e apoio que me prestou na

empresa, bem como, no âmbito pessoal, em que se revelou importantíssimo no

sucesso deste estágio.

Também não poderia deixar de agradecer a todos os colaboradores da Sociedade

da Água de Luso que estiveram ao meu redor no decorrer do estágio. Aos

colaboradores do Laboratório Central da fábrica do Cruzeiro, Dr. João Martins, Dr.ª

Isabel Meirinho, Paula Couceiro, António Pereira, António Lourenço, Carlos Vieira,

Francisco Rocha e Clarisse Santos. Ao Engenheiro Manuel Abrantes, que surgiu

como um terceiro orientador neste estágio, merecendo também o meu

agradecimento por todo o apoio prestado, bem como aos engenheiros António

Carvalho e Marco Maltez na compreensão da mecânica e conceção da linha.

Um grande e sincero agradecimento, aos operadores da linha L05C da fábrica do

Cruzeiro, Daniel Duarte, Fernando Duarte, Vítor Ruivo e Paulo Sousa, pois foram

eles que me permitiram compreender realmente a linha, bem como me “aturaram”

durante o seu funcionamento e tornaram possível a recolha de amostras que tanto

tempo lhes “roubava”.

Por fim, mas o mais importante, um agradecimento à minha família pelo suporte

constante que me tem dado ao longo da minha vida e que se manteve no decorrer

deste estágio.

Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL RESUMO

Ricardo Jorge Neves Gomes i

RESUMO

Este estágio foi realizado no âmbito da unidade curricular Estágio/Tese pertencente

ao Mestrado em Processos Químicos e Biológicos no Departamento de Engenharia

Química e Biológica (DEQB) do Instituto Superior de Engenharia de Coimbra (ISEC).

Ao surgir a possibilidade de realizar estágio na empresa Sociedade da Água de

Luso, S.A. (SAL), em conjunto com os orientadores de estágio: o Doutor Luís Miguel

Moura Neves de Castro, Professor Adjunto do DEQB do ISEC, e o Dr. Miguel Pedro

Moura de Carvalho, Diretor da Qualidade da SAL, optou-se por um tema para o

estágio, que fosse simultaneamente uma mais-valia para a empresa e constituísse

um tema interessante sob ponto de vista científico e relevante ao nível de um

mestrado na área da engenharia, tendo-se adotado o presente tema:

“Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha de

esterilização de garrafas e cápsulas de uma linha asséptica de uma empresa de

engarrafamento de refrigerantes”

Iniciou-se então o estudo sobre a linha asséptica da fábrica do Cruzeiro, linha L05C,

responsável pelo enchimento de toda a produção de refrigerantes e águas com

sabores da SAL. Esta linha foi caracterizada em cada uma das suas secções,

efluentes de entrada e saída, e após conhecimento sobre o modo de funcionamento

da linha, procedeu-se à otimização desta, pois verificou-se que apresentava um

grande desperdício no que diz respeito à água de enxaguamento das garrafas e

cápsulas durante o processo de esterilização.

Caracterizada a água de enxaguamento e esquematizado o sistema de tubagens,

procedeu-se então ao projeto de uma unidade de reciclo na área de enxaguamento

das garrafas, que, apesar de não ter sido montado na linha durante o período em

que ocorreu o estágio, estima-se que permitiria uma redução em 50% do consumo

de água de enxaguamento, de 5.000 litros por hora, para metade, ou seja 2.500

litros por hora, e sendo também um projeto viável economicamente apresentando

um pay-back de 12 meses, um VAL de 4.068, 21 euros e uma TIR de 27,8%.

Pelo facto da linha em estudo, a L05C, ter tido um curto período de funcionamento,

disperso pelo tempo de estágio, surgiu a oportunidade de monitorizar a estação de

tratamento de águas residuais da fábrica do Cruzeiro (ETAR Cruzeiro), na qual se

controlaram quatro parâmetros de qualidade, o pH, os sólidos suspensos totais

(SST), a carência química de oxigénio (CQO) e a carência bioquímica de oxigénio

(CBO). Após algumas amostragens, verificou-se uma ligação direta entre o

funcionamento da linha L05C e a variação de alguns desses indicadores indicativos

da qualidade do efluente descarregado, pelo que o estudo sobre a ETAR Cruzeiro

contribuiu, também, para melhor compreender o funcionamento da linha L05C. No

âmbito desta vertente do estágio realizaram-se algumas melhorias ao nível do

RESUMO

ii

controlo de pH, ao nível da determinação da CBO, estudando-se e implementando

um outro método de análise, no âmbito da montagem e colocação em

funcionamento de um laboratório de análises de águas residuais, que constituiu uma

outra atividade desenvolvida durante o estágio.

Ainda associado à relação entre o funcionamento do Linha L05C e a qualidade do

efluente descarregado na ETAR foram desenvolvidos dois métodos de previsão da

qualidade do efluente descarregado, caracterizada pela concentração em CQO, na

ETAR Cruzeiro face à produção da linha L05C: um método utilizando a correlação

entre a produção da linha L05C e os resultados obtidos anteriormente para a CQO e

outro método, através da construção de um algoritmo em EXCEL, que baseado num

balanço mássico aos vários ciclos efetuados pela linha, seja de limpeza ou de

produção, implicam descargas na ETAR Cruzeiro e consequentemente variação da

CQO. De salientar que ambos os métodos permitem prever bastante razoavelmente

a concentração em CQO que a ETAR irá apresentar, face à produção prevista.

Em jeito de balanço, pode afirmar-se que o estágio foi desenvolvido com apreciável

sucesso, tendo-se atingido os objetivos propostos, apesar de, no caso da otimização

da linha L05C, não ter sido possível a instalação e validação do sistema de reciclo

da água de enxaguamento. O trabalho desenvolvido permitiu à SAL adquirir uma

melhor compreensão da linha estudada, dos seus efeitos para a empresa e para o

meio ambiente. Permitiu ainda estudar, caracterizar e melhorar a ETAR do Cruzeiro,

podendo-se futuramente estudar o controlo da variação da CQO, partindo dos

modelos de previsão construídos.

Atingiu-se, ainda, um dos objetivos mais importantes deste estágio, o

desenvolvimento de competências na área da engenharia química por parte do

aluno, beneficiando ao mesmo tempo a empresa com os estudos realizados.

Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ABSTRACT

Ricardo Jorge Neves Gomes iii

ABSTRACT

This internship was performed under the scope of the Internship/Thesis curricular

unit of the Chemical and Biological Processes master’s degree in the Chemical and

Biological Engineering Department (DEQB) of the Instituto Superior de Engenharia

de Coimbra (ISEC).

Since the beginning, when the company Sociedade da Água de Luso (SAL) propose

to offer an internship, together with the internship supervisors Doctor Luís Miguel

Moura Neves de Castro, associate professor of DEQB of ISEC, and Dr Miguel Pedro

Moura de Carvalho, quality manager of SAL, the main goal was to come up with a

theme for the thesis that was, at the same time, added value to the company and

also a scientific field where we could perform studies of master’s level in the

engineering area, then the following theme was agreed:

“Characterization and optimization of the industrial waters circuit of the bottles and

caps sterilization line of an aseptic line of a soft drinks bottling company.”

Then, we began the study of the aseptic line of the Cruzeiro Plant, line L05C,

responsible by the filling of all sodas and flavored waters production of SAL. This line

was characterized in each of its sections, input and output effluents. Then, after

knowledge of the line’s operating mode, it was optimized in what concerns to the

waste of the rinsing water of bottles and caps after treatment.

After the characterization of the rising water and outlined the pipes system, there was

designed a recycle unit in the bottle rinsing area that, even though it wasn’t mounted

on the line, the study about her stated a a reduction of 50% of the water waste, 5.000

liters per hour, to a half part, 2.500 liters per hour, and was also an economically

viable project presenting a payback of 12 months, an VAL of 4.068, 21 euros and an

TIR of 27.8%.

Because the filling line in study, L05C, had a short filling period, during the intership,

there was an opportunity to monitor the residual waters treatment station of the

Cruzeiro factory (ETAR Cruzeiro), where there were controlled four indicators: pH,

total suspended solids (TSS), chemical oxygen demand (COD) and biochemical

oxygen demand (BOD). After some sampling, there was a need to focus on the

ETAR Cruzeiro because it would contribute to a better understanding of L05C line,

due to the direct connection between this line and the variation of some of the

indicators. There were some improvements in the pH control, in the BOD

determination, by studying a new analysis method, and the construction of a new

residual waters analysis laboratory.

Associated to the correlation between the line L05C ant the quality of the effluents on

the ETAR Cruzeiro, there were developed two methods to predict COD on ETAR

ABSTRACT

iv

Cruzeiro: a method to correlate the L05C line production and the results previously

obtained for the COD and another method through the construction of an algorithm in

EXCEL, based on a mass balance to the several line cycles, either cleaning or

production, involving discharges to the ETAR Cruzeiro and consequently COD

variation. Note that both methods showed satisfactory results for COD value

predicting, reaching the proposed target.

At the end of the internship, and reporting to the proposed goals, it revealed to be a

huge success, these being achieved. In the L05C line optimization case, the rinsing

water recycling system was not assembled, however, the company has now a better

understanding of the line, its effects towards the company and the environment, as

well as a substantial improvement on the ETAR Cruzeiro, where it will be possible in

future to study the COD variation control, starting from the built predicting models.

The most important goal of this internship was reached: the student’s skills

development in chemical engineering, while providing the company with all the

performed studies.

Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ÍNDICE

Ricardo Jorge Neves Gomes v

INDICE

1 INTRODUÇÃO 1

1.1 Enquadramento do Estágio 1

1.2 Objetivos Principais 2

1.3 Sociedade da Água de Luso, S. A. 2

2 CARACTERIZAÇÃO DA LINHA ASSÉPTICA DA SOCIEDADE DA ÁGUA DE LUSO 7

2.1 Descrição da Linha Asséptica 10

2.1.1 Isolador 11

2.1.2 Alimentação de garrafas 13

2.1.3 Tratamento das garrafas 15

2.1.4 Enchimento 18

2.1.5 Alimentação das cápsulas 20

2.1.6 Tratamento das cápsulas 20

2.1.7 Sistema de inertização 23

2.1.8 Sistema de fecho 24

2.1.9 Extração das garrafas 25

2.1.10 Logiface 26

2.1.11 Central de espuma 26

2.1.12 Plataforma de PAA 27

2.1.13 Plataforma de Água Estéril 28

2.2 Modos de Funcionamento da Linha L05C 28

2.2.1 Ciclo COP (Cleaning Outside in Place) 28

2.2.2 Ciclo CIP (Cleaning In Place) e ciclo AIC (Aseptic Intermediate Cleaning) 29

2.2.3 Ciclo SIP (Sterilisation in Place) 30

2.2.4 Ciclo de produção 30

2.2.5 Ciclo de preparação da solução de PAA 31

2.2.6 Ciclo de preparação de água estéril 31

2.2.7 Ciclo de CIP à plataforma de PAA 32

2.3 Especificações e Características dos Produtos e Fluidos Utilizados pela Linha L05C 33

2.3.1 Produtos utilizados pela linha L05C 33

2.3.2 Outros fluidos utilizados pela linha 34

ÍNDICE

vi

3 CARACTERIZAÇÃO DOS EFLUENTES GERADOS NA LINHA L05C 37

3.1 Identificação dos Locais Onde se Procedeu à Amostragem das Correntes Descarregadas

na ETAR Cruzeiro. 37

3.2 Materiais e Métodos 40

3.2.1 Determinação do pH 40

3.2.2 Determinação da CQO 40

3.2.3 Determinação do TC e TN 40

3.2.4 Determinação da condutividade 41

3.2.5 Determinação da dureza total 41

3.2.6 Determinação dos aniões 41

3.2.7 Determinação dos catiões 41

3.2.8 Determinação do ácido peracético 42

3.2.9 Determinação dos SST 42

3.2.10 Determinação da CBO5 42

3.3 Caracterização dos Efluentes Parciais da Linha Assética 43

4 OTIMIZAÇÃO DO CIRCUITO DA ÁGUA DE ENXAGUAMENTO 45

4.1 Amostragem da Água de Enxaguamento 45

4.2 Caracterização da Água de Enxaguamento 46

4.3 Processo de Recuperação da Água de Enxaguamento 48

4.4 Análise Económica ao Sistema de Reciclo Estudado 65

5 MONITORIZAÇÃO DA ETAR CRUZEIRO 69

5.1 Caracterização da ETAR Cruzeiro 70

5.2 Monitorização da ETAR Cruzeiro 71

5.2.1 Monitorização do pH 73

5.2.2 Otimização do controlo de pH da ETAR Cruzeiro 74

5.2.3 Monitorização dos SST 77

5.2.4 Monitorização da CQO 78

5.2.5 Previsão da CQO na ETAR Cruzeiro 79

5.2.6 Monitorização da CBO 93

5.2.7 Desenvolvimento do método OXITOP no LAR 95

6 CONCLUSÕES GERAIS 99

6.1 Síntese do Trabalho e Propostas de Trabalhos Futuros 99

7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 101

Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ÍNDICE DE FIGURAS

Ricardo Jorge Neves Gomes vii

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 – O primeiro logotipo da empresa (SAL, 2011). ................................................................. 3

Figura 1.2 – Edifício construído para a SAL em 1925 (SAL, 2011). ..................................................... 3

Figura 1.3 – Logotipo da Sociedade da Água de Luso (SAL, 2011). ................................................... 4

Figura 1.4 – Garrafa de Água de Luso compactada (SAL, 2011). ....................................................... 5

Figura 2.1 – Embalagens de Formas Luso, Ritmo Luso, Ice Coffee e Luso Fruta (SAL, 2011). ........... 8

Figura 2.2 – Fluxograma de processo da linha L05C (Adaptado de (Sidel, 2008)). ............................. 9

Figura 2.3 – Principais sistemas que compõem a linha L05C (Adaptado de (Sidel, 2006)). ................10

Figura 2.4 – Entrada do sistema de compartimento DPTE. ................................................................11

Figura 2.5 – Pormenor das luvas para manuseamento interno na enchedora. ...................................12

Figura 2.6 – Zona de esterilização da enchedora. .............................................................................12

Figura 2.7 – Pormenor do gargalo das garradas utilizadas na linha L05C (Sidel, 2006). ....................13

Figura 2.8 – Zona de entrada das garrafas na enchedora. .................................................................14

Figura 2.9 – Sistema de esterilização e enxaguamento das garrafas. ................................................16

Figura 2.10 – Sistemas de inversão das garrafas. .............................................................................16

Figura 2.11 – Pormenor do modo de pulverização da solução de PAA (Sidel, 2006)..........................17

Figura 2.12 – Pormenor do modo de pulverização da água estéril (Sidel, 2006). ...............................17

Figura 2.13 – Zona do carrocel de enchimento e rodas de transferência. ..........................................18

Figura 2.14 – Carrocel de enchimento. ..............................................................................................19

Figura 2.15 – Pormenor dos bocais de enchimento. ..........................................................................19

Figura 2.16 – Sistema de elevação, orientação e distribuição das cápsulas. ......................................20

Figura 2.17 – Primeira zona de esterilização das cápsulas. ...............................................................21

Figura 2.18 - Sistema de esterilização e enxaguamento das cápsulas. ..............................................22

Figura 2.19 – Pormenor da zona de pulverização da solução de PAA. ..............................................22

Figura 2.20 – Pormenor da zona de pulverização da água estéril. .....................................................23

Figura 2.21 – Torre de fecho das garrafas. ........................................................................................25

Figura 2.22 – Roda descensora das garrafas. ...................................................................................25

Figura 2.23 – Sistema de tubagens do Logiface. ...............................................................................26

Figura 2.24 – Pormenor da Central de Espuma. ................................................................................26

Figura 2.25 – Sistema de tubagens da Central de Espuma................................................................27

Figura 2.26 – Sistema de tubagens da Plataforma de PAA. ...............................................................27

Figura 2.27 – Sistema de tubagens da Plataforma de Água Estéril. ...................................................28

Figura 2.28 – Ciclo COP. ..................................................................................................................29

Figura 2.29 – Ciclo de limpeza CIP. ..................................................................................................29

Figura 2.30 – Ciclo de esterilização SIP. ...........................................................................................30

Figura 2.31 – Ciclo de produção. .......................................................................................................31

Figura 2.32 – Ciclo de preparação da solução de PAA. .....................................................................31

Figura 2.33 – Ciclo de produção de água estéril. ...............................................................................32

Figura 2.34 – Ciclo de CIP à Plataforma de PAA. ..............................................................................32

Figura 3.1 – Recipiente de acoplamento ao compartimento DPTE.....................................................37

Figura 3.2 – Caixa de recolha de efluentes. .......................................................................................38

Figura 3.3 – Válvula de amostragem das descargas do Logiface. ......................................................38

Figura 3.4 – Válvula de recolha do tanque de PAA. ...........................................................................39

Figura 3.5 – Caixa de receção de efluentes dos tanques de recolha. .................................................39

Figura 4.1 – Processo de amostragem da água de enxaguamento. ...................................................46

Figura 4.2 – Esquema de correntes, e sua identificação, relativas ao sistema de enxaguamento de

garrafas da linha L05C. .....................................................................................................................48

Figura 4.3 – Balanço mássico ao enxaguamento do PAA nas garrafas..............................................52

INDICE DE FIGURAS

viii

Figura 4.4 – Esquema de correntes, e sua identificação, relativas à integração de correntes, efetuada

ao sistema de enxaguamento de garrafas da linha L05C. ................................................................. 53

Figura 4.5 – Balanço mássico ao sistema de enxaguamento do PAA nas garrafas. ........................... 57

Figura 4.6 – Pormenor da aplicação de um separador de águas. ...................................................... 58

Figura 4.7 – Esquema de correntes, e sua identificação, relativas ao sistema de reciclo a instalar no

enxaguamento das garrafas da linha L05C. ...................................................................................... 58

Figura 4.8 – Balanço mássico ao PAA com reciclo da água de enxaguamento. ................................. 61

Figura 4.9 – Início da produção (Passo 0) ......................................................................................... 62

Figura 4.10 – Enchimento do tanque pulmão (Passo 1)..................................................................... 63

Figura 4.11 – Início do reciclo (Passo 2)............................................................................................ 64

Figura 4.12 – Controlo do volume do tanque (Passo 3). .................................................................... 65

Figura 5.1 – Vista geral do LAR montado no decorrer do estágio. ..................................................... 69

Figura 5.2 – Vista geral da ETAR Cruzeiro e da zona de controlo desta. ........................................... 70

Figura 5.3 – Vista dos Tanques de recolha e zona de bombagem para a ETAR Cruzeiro. ................. 71

Figura 5.4 – Pormenor da amostradora e do local de recolha das amostras compostas. ................... 72

Figura 5.5 – Pormenor do tanque de agitação a controlar o pH. ........................................................ 75

Figura 5.6 – Proposta de melhoria à ETAR Cruzeiro. ........................................................................ 76

Figura 5.7 – Módulo de produtos e reagentes. .................................................................................. 82

Figura 5.8 – Interface do algoritmo de previsão da CQO da ETAR Cruzeiro. ..................................... 83

Figura 5.9 – Interface do algoritmo de previsão para o dia 7 de Junho de 2011. ................................ 85

Figura 5.10 – Balanço mássico ao ciclo COP curto para o dia 7 de Junho de 2011. .......................... 86

Figura 5.11 – Balanço ao ciclo CIP soda para o dia 7 de Junho de 2011. .......................................... 87

Figura 5.12 - Balanço ao ciclo AIC soda para o dia 7 de Junho de 2011. ........................................... 88

Figura 5.13 – Interface do algoritmo de previsão para o dia 8 de Junho de 2011. .............................. 89

Figura 5.14 – Balanço mássico ao ciclo COP longo para o dia 8 de Junho de 2011. ......................... 90

Figura 5.15 – Balanço ao ciclo CIP soda + ácido para o dia 8 de Junho de 2011. .............................. 91

Figura 5.16 - Balanço ao ciclo AIC soda para o dia 8 de Junho de 2011. ........................................... 92

Figura 5.17 – Medidores OXITOP. .................................................................................................... 96

Figura 5.18 – Pormenores do Reset aos medidores. ......................................................................... 97

Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ÍNDICE DE TABELAS E GRÁFICOS

Ricardo Jorge Neves Gomes ix

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 2.1 – Especificações do vapor industrial utilizado na linha L05C (Bihan, 2008). .....................34

Tabela 2.2 – Especificações do azoto utilizado na linha L05C (Bihan, 2008)......................................35

Tabela 2.3 - Especificações da água de processamento utilizada na linha L05C (Bihan, 2008). ........35

Tabela 3.1 – Caracterização dos efluentes de saída da linha L05C (resultado de 4 amostras para

cada descarga). ................................................................................................................................43

Tabela 4.1 – Valores obtidos para os vários parâmetros da água de enxaguamento, recolhida no

interior da máquina (8 amostras). ......................................................................................................47

Tabela 5.1 – VLE estabelecidos pelo Decreto de Lei nº 236/98 de 1 de Agosto. ................................72

Tabela 5.2 – Caracterização dos produtos da linha L05C. .................................................................81

Tabela 5.3 – Comparação entre os valores obtidos para a CQO no dia 7 de Junho de 2011 .............88

Tabela 5.4 – Comparação entre os valores obtidos para a CQO no dia 8 de Junho de 2011 .............93

Tabela 5.5 – Relação entre os intervalos de medição da CBO e respetivos volumes e fatores. .......137

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Gráfico 2.1 – Conceção da máquina asséptica em função do risco de embalagem (Adaptado de

(Sidel, 2008)). .................................................................................................................................... 7

Gráfico 4.1 – Cash-Flow atualizado acumulado em função dos meses de funcionamento da linha

L05C. ................................................................................................................................................67

Gráfico 5.1 – Variação do pH na ETAR Cruzeiro. ..............................................................................73

Gráfico 5.2 – Variação do pH com o funcionamento da linha L05C. ...................................................74

Gráfico 5.3 – Variação dos SST na ETAR Cruzeiro ...........................................................................77

Gráfico 5.4 – Variação da CQO na ETAR Cruzeiro. ...........................................................................78

Gráfico 5.5 – Correlação entre a produção da linha L05C e a CQO da ETAR Cruzeiro. .....................80

Gráfico 5.6 – Comparação entre o valor de CQO da amostra composta e o da previsão. ..................81

Gráfico 5.7 – Variação da CBO5 na ETAR Cruzeiro. ..........................................................................94

Gráfico 5.8 – Correlação entre a CBO5 e a CQO para a ETAR Cruzeiro. ...........................................95

Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL SIMBOLOGIA

Ricardo Jorge Neves Gomes xi

SIMBOLOGIA E ABREVIATURAS

AIC – Limpeza asséptica intermédia

CBO – Carência bioquímica de oxigénio

CIP – Cleaning in place

COP – Cleaning outside place

CQO – Carência química de oxigénio

ISEC – Instituto Superior de Engenharia de Coimbra

LAR – Laboratório de Águas Residuais

PAA – Ácido peracético

PET – Polietileno tereftalato

PLC – Estação de controlo e comando

PRI – Período de recuperação do investimento

SAL – Sociedade da Água de Luso

SCC – Sociedade Central de Cervejas

SIP – Sterilisation in place

SOP – Sterilisation outsider place

SST – Sólidos suspensos totais

TC – Carbono total

TIR – Taxa interna de rentabilidade

TN – Azoto total

VAL – Valor atualizado líquido

VLE – Valor limite de emissão

CAPÍTULO 1

Ricardo Jorge Neves Gomes 1

1 INTRODUÇÃO

Este relatório de estágio surge no âmbito de um estudo aprofundado sobre uma

linha asséptica de uma empresa de engarrafamento de refrigerantes, neste caso, a

Sociedade da Água de Luso, S.A. e consequente caracterização e otimização do

circuito de águas industriais provenientes desta. Para tal, realizaram-se os estudos e

desenvolveram-se atividades necessárias para a realização do estágio pretendendo-

se sempre que essas atividades constituíssem uma mais-valia para a empresa e,

simultaneamente, permitissem ampliar as competências do estagiário pela aplicação

de práticas na área da engenharia e pelo contato com o universo da indústria.

1.1 Enquadramento do Estágio

Chegado o segundo ano de mestrado, e com a possibilidade de realizar

estágio/tese, surgiu o interesse em procurar uma empresa para realizar esse mesmo

estágio, pois desejava realizar trabalho no terreno, iniciando desta forma não só o

desenvolvimento de um trabalho específico no âmbito da engenharia, mas,

principalmente, estar em contato com a realidade de uma empresa industrial.

Surgiu então o contato com a empresa Sociedade da Água de Luso, S.A. (SAL), na

sequência do qual, em reunião na própria SAL, com o Dr. Miguel Pedro Moura de

Carvalho, Diretor da Qualidade da SAL, permitiu confirmar-se a possibilidade de

realizar o estágio na SAL.

De seguida houve necessidade de proceder à escolha do tema a abordar no estágio:

convidando o Doutor Luís Miguel Moura Neves de Castro, Professor Adjunto do

Departamento de Engenharia Química e Biológica do Instituto Superior de

Engenharia de Coimbra (ISEC) para meu orientador no instituto e o Dr. Miguel

Carvalho como orientador na empresa, chegou-se a um consenso sobre qual seria o

tema, que deveria ter relevância científica para ser enquadrável num estágio do

mestrado em Processos Químicos e Biológico e, simultaneamente, constituir uma

mais-valia para a empresa SAL.

Reconhecendo a SAL algum desconhecimento sobre a linha asséptica da fábrica

Cruzeiro da SAL, implementada recentemente, a possibilidade de a caracterizar,

estudar e otimizar, visto esta ter associado um desperdício significativo de água em

resultado da etapa de enxaguamento, desenvolvendo estudos que permitissem

identificar os desperdícios e propor melhorias ao seu funcionamento revelou-se

como um estudo aliciante, tendo-se decidido pelo tema:

“Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha de

esterilização de garrafas e cápsulas de uma linha asséptica de uma empresa de

engarrafamento de refrigerantes”

Introdução

2

Este tema foi posteriormente complementado com outros estudos, direta ou

indiretamente ligados, mas, como se veio a verificar mais à frente, foi de grande

utilidade para a empresa.

1.2 Objetivos Principais

Como objetivos principais deste estágio, surge a caracterização e otimização do

circuito de águas industriais da linha de esterilização de garrafas e cápsulas da linha

asséptica da SAL.

Com o decorrer do estágio, surgiu também a monitorização da estação de

tratamento de águas residuais da fábrica Cruzeiro com o intuito de recolher

informação desta, para complementar o estudo sobre a linha asséptica e verificar o

seu comportamento ao nível ambiental.

Ao nível pessoal, o objetivo residiria no desenvolvimento de competências na área

da engenharia, a identificação e compreensão de procedimentos de uma empresa

certificada e com um carácter inovador e técnico e a ambientação ao mundo

empresarial e industrial.

1.3 Sociedade da Água de Luso, S. A.

Já no ano de 1726, a Vila de Luso, se encontrava mencionada no “Aquilégio

Medicinal” (primeiro inventário das águas minerais portuguesas), da autoria do Dr.

Francisco da Fonseca Henriques, que indicava a existência de um “(…) olho de

agoa quente, a que chamão o Banho …”. Apesar do aproveitamento terapêutico

deste “Banho” se verificar somente meio século mais tarde, já nessa altura, o Dr.

Francisco da Fonseca Henriques se referia ao “olho de áqua quente” como sendo

uma água terapêutica, com poderes medicinais, revelando a importância de

aproveitar da melhor forma este valioso recurso, a Água de Luso.

Nesse sentido, a 25 de Agosto de 1852, por iniciativa do Dr. António Augusto da

Costa Simões, Dr. Francisco António Diniz e Dr. Alexandre Assis Leão, é fundada a

“Sociedade para o Melhoramento dos Banhos de Luso”, em 22 de Julho de 1854 é

lançada a primeira pedra nos alicerces das novas instalações hidroterapêuticas e, a

1 de Junho de 1856, este novo Edifício dos Banhos de Luso é inaugurado.

Vendendo-se pela primeira vez, em 1894, Água Termal de Luso, conquistando o

reconhecimento como sendo uma excelente água de mesa. Em 1903, ser-lhe-ia

mesmo atribuída uma medalha de ouro na Exposição de Águas Minerais, em

Madrid.

Introdução CAPÍTULO 1


Em 1904 construi-se um edifício junto ao Balneário Termal, para o engarrafamento

de Água Termal de Luso, que foi posteriormente ampliado em 1909, aumentando,

deste modo, a capacidade de enchimento. Mais tarde, a 22 de Dezembro de 1916,

foram aprovados e publicados no “Diário do Governo”, os novos estatutos para a

Sociedade da Água de Luso, S.A.R.L., substituindo desta forma a Sociedade Para o

Melhoramento dos Banhos de Luso. Nasceu, desta forma, a empresa que hoje se

conhece, com o logotipo, da Figura 1.1, que permaneceu até 1938 (SAL, 2011).

Figura 1.1 – O primeiro logotipo da empresa (SAL, 2011).

Também nesse ano, se iniciou o fabrico e comercialização dos refrigerantes sortidos

da Água de Luso, com os sabores, laranja, ananás, limão, morango, groselha e

tangerina, revelando-se a vertente inovadora da empresa.

Em 1925 é construído um edifício destinado especificamente ao engarrafamento de

Água Termal de Luso, sendo o atual edifício sede (Figura 1.2), local onde viria a ser

feito o engarrafamento até 1970.

Figura 1.2 – Edifício construído para a SAL em 1925 (SAL, 2011).

Introdução

4

Na Feira de Mostras da Indústria Nacional, em 1929, promovida pela Associação

Industrial Portuguesa, foi atribuída a Medalha de Ouro à Água de Luso. No ano

seguinte, comprando-se novas máquinas de lavagem, enchimento e capsulagem de

garrafas, as vendas da Água Termal de Luso atingem quase os dois milhões de

litros, começando a ganhar um peso apreciável no meio das indústrias de águas.

A SAL retoma em 1931 a produção e comercialização de refrigerantes: Lusoranja e

Yogura, este a primeira bebida elaborada a partir de essência láctea e Água de

Luso, assemelhando-se a um iogurte líquido, reivindicando a sua veia inovadora.

A 10 de Julho de 1938 procede-se ao primeiro registo de marca do atual logotipo da

empresa, inspirado na escultura do célebre mestre João de Silva, apresentado na

Figura 1.3 (SAL, 2011).

Figura 1.3 – Logotipo da Sociedade da Água de Luso (SAL, 2011).

Em 1965, a direção da Sociedade adquire um terreno na Quinta do Prior Velho, para

nele se construir um armazém, destinado ao depósito da Água Termal de Luso na

área de Lisboa, transferindo-se para lá os servições da Revendedora de Águas, Lda.

A Central de Cervejas, S.A. entra no capital da empresa em 1970, tornando-se

acionista. São concluídas as obras do novo engarrafamento da Água Termal de

Luso. As vendas de Água Termal de Luso ultrapassam os 11 milhões de litros.

Passado um ano de laboração no novo engarrafamento, as vendas da Água Termal

de Luso ultrapassaram os 17 milhões de litros, e faz com que, segundo documentos

da época, se reconquistasse a liderança na venda de águas engarrafadas em

Portugal.

Mantendo a necessidade de inovar, em 1972, a SAL lançou um novo produto da

Água do Cruzeiro no mercado: a Cola. Ao mesmo tempo relançou o Lusoranja, mas

desta vez produzido e engarrafado com Água do Cruzeiro.

Introdução CAPÍTULO 1


Em 1981, a venda da Água Mineral de Luso tem o maior aumento de sempre,

contribuindo para isso o lançamento no mercado da garrafa de PVC de 1,5 litros de

tara perdida, que ultrapassa todas as previsões de vendas. A primeira embalagem

da empresa neste novo material, alternativo ao tradicional vidro, determina o

estabelecimento de bases contratuais com a empresa produtora de embalagens, a

Aquapak, do grupo Logoplaste. Posteriormente, em 1983, lança também um

garrafão de 5 litros “Makrolon”, um garrafão de plástico, tara retornável, leve,

resistente e de grande avanço tecnológico, apresentado como a grande alternativa

ao vidro, contribuindo para um novo recorde de vendas de Água Mineral de Luso,

ultrapassando os 100 milhões de litros.

No dia 20 de Julho de 1993 é celebrado o contrato de concessão de exploração da

Água Mineral de Luso entre o Estado Português, através do Ministério da Industria e

Energia e a SAL, cujo extrato foi publicado no Diário da República nº229, III série de

29/09/93. Continuando a inovar e a melhorar, em 1997, as embalagens de PVC de

1,5 litros, 0,5 e 0,33 litros de Água de Luso são substituídos por novas embalagens

de PET, beneficiando a imagem da Água de Luso pela sua cristalinidade, resistência

ao choque e proteção do meio ambiente e no final de Maio de 1998 é lançado

também no mercado o garrafão de 5 litros PET de Água de Luso.

A Sociedade da Água de Luso, S.A. teve a oportunidade de fazer a entrega do seu

processo de candidatura para a obtenção da marca “Produto Certificado” em

Fevereiro de 1999, tornando-se a primeira marca de águas a avançar para este

desafio, recebendo, em 28 de Abril de 2000, a licença para o uso da Marca Produto

Certificado, marcando uma vez mais a sua posição da indústria das águas.

Em 2003, lançou uma vez mais um produto inovador em Portugal, uma nova garrafa

de 1,5 litros compactável manualmente, ficando som o seu tamanho reduzido a um

quarto do original, como se pode observar na Figura 1.4 (SAL, 2011).

Figura 1.4 – Garrafa de Água de Luso compactada (SAL, 2011).

Introdução

6

Concluiu-se também neste ano a obra de instalação de condutas de ligação da

fábrica Luso para a fábrica Cruzeiro numa extensão de quatro quilómetros para a

transferência da Água de Luso, passando a engarrafar-se Água de Luso, nas duas

fábricas, em 2004, otimizando-se desta forma os processos de enchimento.

Em Junho de 2003, a Scottish & Newcastle passou a deter o controlo total da SAL.

Com esta aquisição foram criadas condições para uma maior sinergia e interação

com a SCC, e consequentemente, para a criação de maior valor para os

intervenientes na cadeia de distribuição das águas comercializadas e distribuídas

pelo grupo.

Em Outubro de 2005, lançou a Luso Frigo, uma embalagem inovadora com

capacidade de 3 litros para se poder armazenar no frigorífico, bem como a Luso

Fresh, uma água com gás, que veio criar uma categoria não explorada em Portugal.

No ano seguinte lançou Formas Luso, em Abril de 2006, disponível em embalagens

de 0,5 litros nos sabores, limão, morango e manga, sendo a primeira e única bebida

a integrar fibras solúveis na sua composição e vindo a ser eleita Produto do Ano em

2007.

Em 2008, procedeu-se à ampliação da fábrica da Quinta do Cruzeiro, com uma nova

unidade de produção e enchimento, construindo-se a nova linha de enchimento

asséptica que permitira o engarrafamento das águas com sabor, sem conservantes.

Esta nova linha constituiu o principal objeto de estudo do estágio realizado.

É também neste ano lançado o produto Ritmo Luso, sendo a primeira bebida à base

de água do mercado nacional que regula o trânsito intestinal, e à semelhança da

Formas Luso, é eleita Produto do Ano em 2009 (SAL, 2011).

Todo este historial revela, quer a vontade quer o investimento que a SAL teve no

decorrer dos anos, ao nível da inovação e do melhoramento da empresa, obtendo o

retorno marcando uma posição muito forte no ramo das águas, revelando-se assim

uma ótima empresa, para a realização de um estágio na área da engenharia.

CAPÍTULO 2


2 CARACTERIZAÇÃO DA LINHA ASSÉPTICA DA SOCIEDADE DA

ÁGUA DE LUSO

O principal objetivo do corrente estágio consistiu no estudo e caracterização da nova

linha asséptica, instalada na fábrica do Cruzeiro, pertencente à Sociedade da Água

de Luso.

Instalada pela empresa Sidel, em 2008, com a designação de SF ASEPTIC FMi 70-

20C, que define as suas características: FM 70 (70 Flow meter), deve-se ao facto de

possuir 70 bocais de enchimento; i (isolator), por ter um sistema de isolamento; e

20C (20 Capping heads), por conter uma torre de fecho de 20 cabeças de

encapsulamento. Internamente passou a ter a designação de linha L05C,

designação doravante usada em todo o relatório (Sidel, 2008).

A linha L05C é uma linha preparada para embalar produtos refrigerantes tais como,

chás, bebidas isotónicas, bebidas à base de sumo de fruta, néctares, sumos à base

de concentrados e bebidas lácteas, variando a complexidade da sua conceção

consoante o risco de degradação ou contaminação no enchimento dos diferentes

produtos, como se observa no Gráfico 2.1.

Gráfico 2.1 – Conceção da máquina asséptica em função do risco de embalagem (Adaptado de (Sidel, 2008)).

Relativamente à sua utilização na SAL, a linha produziu produtos conhecidos em

termos comerciais tais como Formas Luso (2008), com os sabores, Limão, Maçã &

Framboesa, Ananás, Chá Verde & Pera e Natural, Ritmo Luso (2008), com os

sabores, Limão, Kiwi, Cereais e Cidreira & Hortelã (2011), Ice Coffee (2009) em

Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso

8

parceria com a empresa Delta e recentemente Luso de Fruta (2011) com os sabores

Limão, Maracujá e Frutos Vermelhos. Estes produtos encontram-se identificados na

Figura 2.1, tendo sido produzidos em volumes de 0,33L, 0,50L e 1L.

Figura 2.1 – Embalagens de Formas Luso, Ritmo Luso, Ice Coffee e Luso Fruta

(SAL, 2011).

Designa-se como embalamento asséptico, todos os meios utilizados para a

embalagem a frio ou à temperatura ambiente sem tratamento sanitário posterior do

produto, e que permite manter a sua estabilidade microbiológica por um período de

tempo infinito.

Este tipo de embalamento implica, assim, a esterilização separada do produto e

embalagem, bem como a sua montagem num ambiente controlado, num processo

repetitivo, controlado e monitorizado (Sidel, 2008).

A máquina usada na linha asséptica está, assim, sujeita a certos requisitos, tais

como:

Instalação com capacidade de limpeza total:

- CIP (Cleaning In Place);

- COP (Cleaning Outside Place);

Ambiente de produção esterilizável:

- SIP (Sterilisation In Place);

- SOP (Sterilisation Outside Place);

- Fluidos (ar, azoto), filtros;

Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso CAPÍTULO 2


Proteção do processo de enchimento:

- Ar filtrado, ausência de contacto direto;

Sistemas de esterilização, sendo eles mesmo esterilizáveis:

- Filtros de ar e azoto, esterilizáveis a vapor, por exemplo;

Quando ao seu modo de funcionamento, visto de um modo global, pode ser

compreendido de uma forma simplificada, pelo fluxograma de processo apresentado

na Figura 2.2.

Figura 2.2 – Fluxograma de processo da linha L05C (Adaptado de (Sidel, 2008)).


10

Seguidamente, e para que se entenda o funcionamento, serão descritas as várias

partes que constituem a linha L05C, as correntes de entrada e saída desta, bem

como uma proposta de otimização de uma das etapas de processamento, de forma

a melhorar o funcionamento desta complexa linha.

2.1 Descrição da Linha Asséptica

A linha não se resume à enchedora em si, mas a várias partes, cada qual com uma

função bem distinta, assegurando o funcionamento constante e estéril de todo o

processo.

As várias partes, apresentadas na Figura 2.3, serão descritas em pormenor nos

subcapítulos seguintes, correspondendo à numeração utilizada na já referida Figura

2.3, pois só assim se poderá ter uma maior perceção do funcionamento da linha.

Figura 2.3 – Principais sistemas que compõem a linha L05C (Adaptado de (Sidel, 2006)).



2.1.1 Isolador

A função do isolador é garantir a esterilidade da máquina, consistindo na contenção

das partes móveis da máquina, no isolamento completo da cabine para impedir

qualquer possibilidade de infiltração microbiológica, permitindo a limpeza e

esterilização automática das áreas internas da máquina sem intervenção humana, o

que impede qualquer possibilidade de contaminação microbiológica, química ou

física dos recipientes.

De forma a interagir com o interior da máquina podemos recorrer ao sistema de

compartimento DPTE, Figura 2.4, que permite inserir ou remover material estéril sem

penetrar na zona vedada.

Este dispositivo oferece condições seguras de bloqueio da abertura da célula

quando o contentor não está presente ou não está convenientemente fechado

(Sidel, 2006).

Figura 2.4 – Entrada do sistema de compartimento DPTE.

Foi através destes dispositivos que foram efetuadas, durante o estágio, a recolha de

amostras da água de enxaguamento, para posterior análise.

Também as luvas permitem fazer entrar o isolador sem ter de abrir as portas (para

retirar a garrafa, cápsulas, etc.), como se pode ver na Figura 2.5.


12

Figura 2.5 – Pormenor das luvas para manuseamento interno na enchedora.

Os procedimentos de limpeza do isolador são muito simples visto que tudo é isolado

automaticamente a partir do PLC (Estação de Comando e Controlo). Os bocais de

pulverização estão situados à volta da máquina, visíveis na Figura 2.6, permitindo

pulverizar a solução de limpeza, a solução de enxaguamento ou a solução de

esterilização no isolador.

Figura 2.6 – Zona de esterilização da enchedora.



O volume de ar dentro do isolador é ajustado por um sistema de ventilação (fluxo

turbulento) e um sistema de filtragem (ULPA) que cria uma pressão positiva em fluxo

de ar sem germes.

2.1.2 Alimentação de garrafas

O módulo de alimentação da máquina desloca as garrafas desde o sistema de

transporte de ar até à zona de tratamento das garrafas.

As garrafas são deslocadas por um sistema de transporte de ar até à entrada da

câmara-de-ar (SAS).

Figura 2.7 – Pormenor da entrada das garradas utilizadas na linha L05.

As garrafas entram na máquina através de um parafuso sem fim, como se pode ver

na Figura 2.8, e a partir daí são agarradas pela garra da roda de alimentação,

apoiando-se no gargalo específico para o seu transporte durante todo o processo.


14

Figura 2.8 – Zona de entrada das garrafas na enchedora.

Um bloqueador encostado ao corpo da garrafa interrompe a alimentação se houver

falha ou paragem na produção.

Um sensor da alimentação de garrafas, instalado na guia do parafuso sem fim, conta

e supervisiona a presença de garrafas na máquina e envia uma informação ao PLC

para o controlo do abastecimento de cápsulas.



2.1.3 Tratamento das garrafas

O módulo de tratamento das garrafas descontamina as garrafas primeiro

pulverizando-as com uma solução esterilizante de ácido peracético (PAA) e em

seguida enxaguando-as para eliminar o agente esterilizador (com água estéril).

Como solução esterilizada, é utilizada um solução diluída de PAA, uma solução

composta por, ácido acético e peróxido de hidrogénio em equilíbrio com ácido

peracético e água, como se pode ver na Equação 2.1.

CH3COOOH + H20 ↔ CH3COOH + H2O2 Equação 2.1

O ácido peracético (PAA) é um líquido incolor, com cheiro a vinagre (indicativo da

presença de ácido acético), miscível em água e solúvel em etanol. Trata-se de um

forte agente oxidante (potencial de oxidação de 1,81 eV) e que é misturado com

ácido acético e peróxido de hidrogénio dado ser quimicamente instável. É explosivo

acima de 110ºC e comburente.

O seu forte poder oxidante induz a destruição da parede celular e consequente lise

celular, funcionando assim como agente esterilizante.

Sofre decomposição acelerada na presença de iões metálicos, nomeadamente, o

ferro, cobre, manganês, crómio, bem como decomposição acelerada na presença de

calor (degradação completa acima de 74ºC). (Anexo IV), (Sidel, 2008).

O tratamento das garrafas durante o processo de descontaminação é efetuado em

três fases, o tratamento com PAA, a drenagem e o enxaguamento com água estéril.

Na Figura 2.9, pode observar-se o esquema com indicação das tubagens relativas a

este tratamento.


16

Figura 2.9 – Sistema de esterilização e enxaguamento das garrafas. (Adaptado do programa informático de controlo da L05C).

Após a entrada das garrafas na enchedora, a inversão das garrafas é feita por meio

de um disco, como se pode ver na Figura 2.10. A came executa a orientação e

inversão das garras juntamente com as garrafas. As garrafas são transportadas

invertidas até às rodas do módulo de tratamento, com o gargalo voltado para baixo.

Figura 2.10 – Sistemas de inversão das garrafas.

Depois de saírem do módulo de tratamento, as garrafas são invertidas por um

sistema semelhante ao descrito acima.

Enquanto são transportadas invertidas, as garrafas são desinfetadas por dentro e

por fora através de pulverização forte com uma solução esterilizadora (PAA) saída



dos bocais. Esta solução é distribuída por uma junta rotativa montada em cada eixo

das rodas de transferência, conforme se observa na Figura 2.11.

Figura 2.11 – Pormenor do modo de pulverização da solução de PAA (Sidel, 2006).

À semelhança do tratamento com PAA, as garrafas são enxaguadas com água

estéril por uma série de jatos durante o seu deslocamento até à roda de enchimento.

Como se verifica na Figura 2.12, simultaneamente, os gargalos das garrafas são

enxaguados pelos bocais antes de serem repostas de pé.

Figura 2.12 – Pormenor do modo de pulverização da água estéril (Sidel, 2006).


18

2.1.4 Enchimento

O módulo de enchimento é responsável pelo enchimento das garrafas com o

produto armazenado no tanque.

A entrada e saída de garrafas do carrossel de enchimento é feita pelas rodas de

transferência, visíveis na Figura 2.13, sendo estas cheias em três fases, preparação,

enchimento e estabilização.

Figura 2.13 – Zona do carrocel de enchimento e rodas de transferência.

O carrossel de enchimento enche as garrafas. Uma junta rotativa distribui o produto

a cada bocal de enchimento em presença de uma barreira estéril (água circulando à

temperatura da sala) durante a produção. Em seguida, o produto vai até um tanque

equipado com condutas de abastecimento dos bocais, que se podem ver na Figura

2.14.



Figura 2.14 – Carrocel de enchimento.

O produto entra nas garrafas pela força da gravidade e a altura de enchimento é

determinada por regulação do nível no tanque que contém o produto.

Cada garrafa é cheia pelo bocal, apresentado em pormenor na Figura 2.15, que não

toca no colar do gargalo. Quando uma garrafa está sob o bocal de enchimento e se

a bobina eletromagnética estiver ativa, a válvula aspira o corpo. A partir daí, o líquido

pode passar entre a válvula e o encosto da válvula.

Figura 2.15 – Pormenor dos bocais de enchimento.


20

A regulação do volume a ser cheio é feita por um medidor eletromagnético do fluxo,

situado a montante da válvula na tubagem de abastecimento do produto.

2.1.5 Alimentação das cápsulas

O orientador e distribuidor de cápsulas combina três funções numa: elevação,

orientação e distribuição (Figura 2.16). A máquina fornece uma orientação eficiente

das cápsulas e otimiza o uso do espaço no chão.

Figura 2.16 – Sistema de elevação, orientação e distribuição das cápsulas.

2.1.6 Tratamento das cápsulas

O módulo de tratamento das cápsulas descontamina as cápsulas primeiro,

pulverizando-as com uma solução esterilizadora (PAA), e em seguida enxaguando-

as para eliminar o agente esterilizador (com água estéril).

As cápsulas são levadas até ao túnel pela força da gravidade. As cápsulas quando

passam no túnel são desinfetadas por dentro e por fora por um jacto a alta pressão

de solução esterilizadora (PAA) que sai dos bocais, constituindo a primeira etapa do

tratamento das cápsulas.



Figura 2.17 – Primeira zona de esterilização das cápsulas.

Uma rampa instalada no túnel transfere as cápsulas até ao módulo onde será

efetuado o tratamento final. Um extrator ligado ao túnel despressuriza o ambiente

interno de forma a prevenir a fuga de PAA.

As cápsulas entram no módulo de tratamento através de uma roda dentada. Uma

guia instalada no trilho de abastecimento posiciona as cápsulas na roda.

Um cilindro instalado sob a guia das rolhas bloqueia a cápsula à entrada do

esterilizador, enquanto um detetor de presença de cápsulas conta e assegura que

estas entrem na máquina.


22

Figura 2.18 - Sistema de esterilização e enxaguamento das cápsulas. (Adaptado do programa informático de controlo da L05C).

À semelhança do tratamento das garrafas, também a descontaminação das

cápsulas é feita em três fases, o tratamento com PAA, a drenagem e o

enxaguamento com água estéril, através do sistema descrito na Figura 2.18.

Enquanto são transportadas, as cápsulas são desinfetadas por dentro e por fora

através de pulverização forte com a solução PAA através dos bocais. A solução

composta de PAA e água esterilizada é distribuída por uma série de condutas fixas

montadas sob as rodas de transferência (Figura 2.19).

Figura 2.19 – Pormenor da zona de pulverização da solução de PAA.



Tal como o tratamento de PAA, as cápsulas são enxaguadas com água estéril e em

seguida enxaguadas com água estéril enquanto estão nas rodas de transferência,

pormenor visível na Figura 2.20.

A água esterilizada é produzida pela plataforma de PAA.

Figura 2.20 – Pormenor da zona de pulverização da água estéril.

Uma vez terminado o tratamento, as cápsulas são deslocadas numa roda de tipo

“agarra e posiciona” que as desloca. Em seguida passam por uma verificação

eletrónica e são libertadas sob a cabeça de bloqueio.

2.1.7 Sistema de inertização

O sistema de inertização garante o funcionamento correto do sistema de

doseamento do azoto líquido asséptico em função da velocidade em curso da

enchedora, por meio de sinais que recebe desta, e permite a inertização da

atmosfera no interior da garrafa já cheia do produto.

Para produzir azoto líquido estéril, o processo passa por vários ciclos que são

controlados pelo sistema PLC.

Esvazia/secar:

Este ciclo executa o enchimento da unidade com azoto líquido.

O controlo é feito pela temperatura.


24

Depois de terminado o ciclo passa ao seguinte.

Esterilização/secagem:

O sistema é completamente aquecido com vapor (132-138ºC). A temperatura de

esterilização é de 121ºC, mantendo-se a esta temperatura cerca de 30 minutos.

Um filtro estéril (0,2µm hidrófobo) purifica o azoto que é injetado após o ciclo de

esterilização ter terminado.

Depois da esterilização por vapor, o sistema é seco com azoto quente (filtrado).

Aplicação de azoto líquido (Produção):

O arrefecimento do sistema e o enchimento com azoto líquido é feito em fases

prévias/programadas.

Quando se atinge o nível mínimo, o controlo PID corrige-o até chegar ao nível de

trabalho.

Quando o nível de trabalho tiver sido atingido, a aplicação pode iniciar através do

sinal dado à enchedora.

O gás de azoto passa através de um permutador de calor dentro de um banho de

azoto líquido onde é liquefeito e em seguida transferido até ao contentor esterilizado

de azoto líquido, tudo dentro de uma única unidade.

A cabeça de doseamento do sistema de doseamento do azoto líquido está situada

entre a enchedora e a capsuladora.

Durante a produção, o azoto líquido esterilizado entra a baixa pressão na garrafa

acumulando-se à superfície do produto cheio.

Depois de meter a cápsula, a despressurização dentro da garrafa é criada mediante

a vaporização do azoto líquido estéril que se encontra no seu interior (Sidel, 2006).

Depois de terminada a produção, o primeiro ciclo ou apenas o aquecimento/purga

deve ser recomeçado novamente.

2.1.8 Sistema de fecho

A torre de fecho, Figura 2.21, enrosca as cápsulas assim que as garrafas acabam de

receber o produto, respeitando um certo nível de aperto, por forma a assegurar a

estanquicidade e a esterilidade da garrafa.



Figura 2.21 – Torre de fecho das garrafas.

2.1.9 Extração das garrafas

O módulo de extração de garrafas garante a transferência das garrafas pelo

transportador de extração e torna possível a dissociação das zonas estéreis das não

estéreis.

As garrafas cheias são deslocadas para e frente e para baixo até ao transportador

de extração pela roda descensora.

Figura 2.22 – Roda descensora das garrafas.


26

2.1.10 Logiface

O Logiface é uma interface entre a linha de produção e a enchedora. É uma

plataforma que alimenta a enchedora e o material requerido pelos ciclos de limpeza

e esterilização. É uma parte importantíssima da linha, pois controla três dos ciclos

mais importantes do processo. A limpeza e esterilização de todos os componentes

por onde circulará o produto, bem como o fornecimento do próprio produto à

enchedora.

Figura 2.23 – Sistema de tubagens do Logiface. (Adaptado do programa informático de controlo da L05C).

2.1.11 Central de espuma

Esta plataforma tem como função, a limpeza do interior da enchedora, projetando

uma espuma alcalina por toda a enchedora, limpando todas as zonas em que não

passa o produto, seja antes de iniciar a produção ou no final desta. Esta plataforma

pode ser observada na Figura 2.24.

Figura 2.24 – Pormenor da Central de Espuma.



Apesar de parecer uma plataforma simples, apresenta uma rede grande de

tubagens, Figura 2.25, conseguindo assim abranger toda a enchedora, com

pulverizações feitas quer pelo teto, quer pelo chão da enchedora.

Figura 2.25 – Sistema de tubagens da Central de Espuma. (Adaptado do programa informático de controlo da L05C).

2.1.12 Plataforma de PAA

Na configuração da linha, esta plataforma serve para produzir e fornecer PAA ao

Logiface (Figura 2.26).

Figura 2.26 – Sistema de tubagens da Plataforma de PAA. (Adaptado do programa informático de controlo da L05C).


28

2.1.13 Plataforma de Água Estéril

Na configuração da máquina, a plataforma serve para produzir água estéril e

fornecer tanto a enchedora como como ao Logiface, como descrito na Figura 2.27.

Figura 2.27 – Sistema de tubagens da Plataforma de Água Estéril. (Adaptado do programa informático de controlo da L05C).

2.2 Modos de Funcionamento da Linha L05C

Em seguida serão descritos os vários ciclos em que a linha L05C opera, iniciados

pelo operador responsável no turno, para as diversas necessidades para uma

produção por parte da linha.

2.2.1 Ciclo COP (Cleaning Outside Place)

Consiste na projeção de espuma alcalina pelo interior da enchedora, que após um

certo tempo de contacto com as várias superfícies, é enxaguada com água estéril,

limpando assim toda a enchedora, numa primeira fase enxaguando a partir da parte

superior da enchedora e em seguida a partir da parte inferior. Este ciclo apresenta

dois modos. Um designado por COP curto, onde apenas limpa as zonas em volta do

carrocel de enchimento, e COP longo, abrangendo agora toda a enchedora. Cada

zona faz em separado um ciclo COP (Figura 2.28).



Figura 2.28 – Ciclo COP.

Este ciclo é responsável pela descarga de um efluente com um pH extremamente

alcalino e com um elevadíssimo valor de CQO devido às propriedades da espuma

alcalina.

2.2.2 Ciclo CIP (Cleaning In Place) e Ciclo AIC (Aseptic Intermediate Cleaning)

Durante a “Limpeza no lugar”, também denominada CIP, as soluções de limpeza

(soda em caso de limpeza normal, e ácido para o desincrustação mensal) são

preparadas e enviadas à enchedora. Elas são aquecidas num permutador tubular

que também serve para as arrefecer.

Esta função funciona como um ciclo, descrito na Figura 2.29.

Figura 2.29 – Ciclo de limpeza CIP.


30

O ciclo AIC é exatamente igual a um ciclo CIP, mas sem a utilização da limpeza com

o ácido. Ocorre na mudança de produto durante uma produção da linha quem que

esta perca as condições de assepsia.

Como resultante destes ciclos, são descarregados pela linha dois tipos de efluentes

distintos, um deles com um pH muito alcalino (enxaguamento da soda) e outro muito

ácido (enxaguamento do ácido)

2.2.3 Ciclo SIP (Sterilisation In Place)

Depois do circuito de água ter sido cheio e assim começar a circular, a água é

aquecida por um permutador tubular à temperatura de 143ºC. O tanque serve,

então, de “câmara de expansão”. O mesmo permutador de calor também serve para

arrefecer os vários circuitos a uma temperatura de cerca de 30ºC. A Logiface

também possui um alimentador de ar estéril para abastecer a parte de secagem do

esterilizador de cápsulas e um condensador de vapor que produz água esterilizada

no filtro da junta rotativa. Ela engloba, portanto, todos os circuitos requeridos para a

esterilização por vapor destes vários componentes. O ciclo de esterilização SIP é o

apresentado na Figura 2.30.

Figura 2.30 – Ciclo de esterilização SIP.

2.2.4 Ciclo de produção

O produto é transportado até à enchedora e aos injetores da tubeira. A gestão da

cabeça e da cauda da linha é feita pela válvula rotativa. Quando se muda de

produto, uma válvula de escape esvazia rapidamente o tanque do produto no

enchedor. Este ciclo encontra-se representado na Figura 2.31.



Figura 2.31 – Ciclo de produção.

2.2.5 Ciclo de preparação da solução de PAA

Preparação da solução PAA, para as várias fases da linha, mantendo o PAA à

temperatura constante de 60ºC e com uma concentração também constante a

rondar os 1500ppm de PAA. Este ciclo está descrito na Figura 2.32.

Figura 2.32 – Ciclo de preparação da solução de PAA.

2.2.6 Ciclo de preparação de água estéril

A plataforma descrita em 2.1.13, produz água estéril, seguindo o ciclo da Figura

2.33, para toda a linha utilizar água estéril em tudo o que estiver em contacto com o

produto a embalar.


32

Figura 2.33 – Ciclo de produção de água estéril.

2.2.7 Ciclo de CIP à plataforma de PAA

Ciclo de limpeza dos diversos circuitos da plataforma de PAA e tubagens de

passagem de PAA, conforme a Figura 2.34.

Figura 2.34 – Ciclo de CIP à Plataforma de PAA.

Este ciclo, na fase de esvaziamento, também provoca uma descarga de pH bastante

ácido e com elevada CQO, ao esvaziar por completo todo o tanque da plataforma de

PAA, seguindo esta descarga para a ETAR Cruzeiro.



2.3 Especificações e Características dos Produtos e Fluidos Utilizados pela

Linha L05C

De seguida identificou-se os vários produtos e fluidos utilizados pela linha L05C,

referindo a sua função no processo, características e especificações a que a estes

estão sujeitos para um correto funcionamento da linha e respetivo processo.

2.3.1 Produtos utilizados pela linha L05C

Ácido: O ácido usado na enchedora, fornecido pelo Logiface, serve para

desincrustar o conjunto das canalizações. Ele contém uma mistura de ácido

nítrico (30 a 50%), ácido fosfórico (2 a 5%) e água. Em alguns casos, pode-se

usar um aditivo contendo ácido sulfúrico. Presente no ciclo CIP.

O ácido que se utiliza no processo é o reagente P3 horolith FL (Anexo I).

Soda: Hidróxido de sódio, correntemente designado por soda cáustica,

também fornecido pelo Logiface para os ciclos de CIP e AIC, é usado para

remover os resíduos orgânicos (açúcar, fibras, etc.). É constituída por

hidróxido de sódio (30 a 50%) em solução aquosa. Presente nos ciclos CIP e

AIC.

A soda que se utiliza no processo é o reagente P3 mip CIP (Anexo II).

Espuma: Utilizada no ciclo COP, consiste na mistura de soda cáustica (10 a

20%), agente espumante (5 a 10%) e água, usada para limpar as superfícies

interiores do isolador. Presente no ciclo COP.

A espuma que se utiliza no processo é o reagente P3 topax 19/IB (Anexo III).

PAA: O PAA concentrado é diluído para obter uma solução esterilizante

contendo aproximadamente 1500ppm de PAA, permitindo o tratamento das

garrafas e cápsulas durante a produção.

O PAA que se utiliza no processo é o reagente P3 oxonia activo 150 (Anexo

IV).

Agente humidificador: O agente humidificador é diluído durante a preparação

aproximadamente a 1% para criar uma distribuição uniforme do PAA.

Utilizado sempre com a solução de PAA.

O agente humidificador que se utiliza no processo é o reagente P3 stabicip

ABF (Anexo V).


34

2.3.2 Outros fluidos utilizados pela linha

Vapor: Utilizado durante o ciclo de esterilização SIP e é usado para aquecer o

circuito de esterilização a 143ºC.

Tabela 2.1 – Especificações do vapor industrial utilizado na linha L05C (Bihan, 2008).

Especificações do vapor industrial

Taxa de humidade < 5 %

pH 7 a 9

Cloretos < 8 mg/L

Partículas sólidas Nenhumas

Turbidez < 3 mg/L KMnO4

Potássio e Sódio < 0,01 mg/kg

Ferro < 0,02 mg/kg

Cobre < 0,003 mg/kg

Dióxido de Carbono < 0,02 mg/L

Condutividade 0,3 μS

Matéria orgânica Nenhuma

Vapor Alimentar: O vapor é usado essencialmente para manter a esterilidade

das válvulas, união rotativa, bem como outros componentes da enchedora,

bem como para produzir água estéril. O filtro de vapor deve conseguir

remover 95% das partículas com 2 mícrones de tamanho e de tamanho

superior na fase líquida, devendo ter associado um coletor de condensação.

Ar: O ar usado é filtrado para abastecer os componentes pneumáticos da

enchedora, e os sistemas de secagem dos módulos de tratamento das

garrafas e das cápsulas. Utilizado também para a produção da espuma

alcalina e para a contrapressão do circuito.

Azoto: O azoto serve para criar uma sobrepressurização no tanque do produto

e para abastecer o sistema opcional de inertização (a injeção de azoto antes

de meter as cápsulas serve para esvaziar o oxigénio contido na porção vazia

da garrafa).



Tabela 2.2 – Especificações do azoto utilizado na linha L05C (Bihan, 2008).

Especificações do azoto

Contaminação química Nenhuma

Pureza mínima 99 %vol.

Taxa máxima de água 500 mg/L

Taxa máxima de CO 10 mg/L

Taxa máxima de

hidrocarbonetos 100 mg/L

Taxa máxima de NO2/NO 10 mg/L

Taxa máxima de O2 1 %

Água de processamento: A água de processamento entra na composição da

espuma e abastece o limpador e o circuito do condensador de arrefecimento.

É usada também para preparar a solução esterilizante. No caso desta linha, a

água de processamento usada é a Água de Luso.

Tabela 2.3 - Especificações do fornecedor da máquina usada na linha L05C (Bihan, 2008).

Especificações da água de processamento

Dureza < 7 °French

pH 5,5 a 8.5

Condutividade > 20, máx

1000 μS/cm

Cloretos < 15 mg/L

Cloro livre < 0,1 mg/L

Cobre < 0,05 mg/L

Manganésio < 0,5 mg/L

Ferro < 0,05 mg/L

Zinco < 1 mg/L

Partículas insolúveis Nenhuma

Gosto Nenhum

Odor Nenhum

Turbidez < 1 NTU

Cor < 20 mg/L Pt

Carência de oxigénio < 5 mg/L KMnO4

Dióxido de carbono 0 mg/L

Sólidos dissolvidos

totais < 500 mg/L


36

Especificações da água de processamento

Total germes, 22°C, 72h < 100 UFC/mL

Total germes, 37°C, 24h < 100 UFC/mL

Total bactérias

coliformes < 0 UFC/100 mL

Amoniaco (NH3) < 1 mg/L

Amoniaco (NH4+) < 0,5 mg/L

Nitratos < 30 mg/L

Nitritos < 0,5 mg/L

Sulfatos < 100 mg/L

Água estéril: A água de processamento entra na composição da espuma e

abastece o limpador e o circuito do condensador de arrefecimento. Utilizada

no enxaguamento de todas os circuitos de passagem do produto.

Produto: O produto é o líquido a comercializar com que se enchem as

garrafas.

CAPÍTULO 3


3 CARACTERIZAÇÃO DOS EFLUENTES GERADOS NA LINHA

L05C

No capítulo seguinte, descreve-se a forma como foram amostrados, analisados e

caracterizados os efluentes provenientes da linha L05C, aquando das descargas dos

vários ciclos que a linha assética efetua.

3.1 Identificação dos Locais Onde se Procedeu à Amostragem das Correntes

Descarregadas na ETAR Cruzeiro.

A perigosidade dos efluentes de saída, quer em termos de pH ou de temperatura,

dificultou significativamente o processo de amostragem, fazendo com que as

amostras tenham sido retiradas em locais distintos mediante o ciclo do processo

produtivo, e de acordo com o conhecimento sobre a linha.

Como local de amostragem, surgiu inicialmente a utilização do compartimento DPTE

(Figura 3.1), que consiste num vaso de transferência de porta dupla, para

amostragem do interior da linha, estando esta em funcionamento. Serviu para

recolha de amostras do efluente proveniente do enxaguamento das garrafas.

Figura 3.1 – Recipiente de acoplamento ao compartimento DPTE.

Para recolher amostras das descargas do ciclo COP, referente à lavagem com

espuma alcalina, do ciclo CIP, referente às lavagens com soda e ácido, das águas

de enxaguamento e das descargas do tanque de PAA, utilizou-se inicialmente a

Caracterização dos efluentes gerados na linha L05C

38

caixa de recolha de águas residuais identificada na Figura 3.2), que se situa a

jusante da linha L05C.

Figura 3.2 – Caixa de recolha de efluentes.

No entanto, o caudal elevado a que saem da linha alguns dos efluentes, levantava

problemas de segurança na amostragem naquele local, pois ocorria projeção de

efluente, principalmente das descargas de soda e ácido. Este problema levou a

procurar na linha alternativas de amostragem, tendo-se recorrido a uma válvula no

Logiface (Figura 3.3), passando a efetuar-se aí a colheita das amostras, ainda que

em número muito reduzido.

Figura 3.3 – Válvula de amostragem das descargas do Logiface.

Caracterização dos efluentes gerados na linha L05C CAPÍTULO 3


Quanto à solução de PAA, a amostragem foi feita diretamente no tanque de PAA,

situado na Plataforma de PAA, já descrita anteriormente, pois este contém uma

válvula para tal efeito (Figura 3.4), recolhendo-se amostras referentes à descarga do

tanque de PAA para determinação da concentração do PAA que está a entrar na

linha, visto serem iguais.

Figura 3.4 – Válvula de recolha do tanque de PAA.

Finalmente, utilizou-se o ponto mais a jusante da linha, que consiste na caixa de

recolha dos tanques de acidentes (Figura 3.5), que recebe efluentes da linha L05C,

da linha L06C (de engarrafamento de água mineral) e da sala de preparação de

xaropes, estando esta caixa situada a montante dos tanques de recolha.

Figura 3.5 – Caixa de receção de efluentes dos tanques de recolha.


40

3.2 Materiais e Métodos

De forma a caraterizar os vários efluentes gerados, determinou-se os valores de pH,

CQO, TC e TN, de acordo com os métodos descritos em seguida. Apresenta-se,

também, os métodos utilizados para a determinação de outros parâmetros analíticos

descritos nos capítulos seguintes, tais como, condutividade, dureza total, aniões,

catiões, ácido peracético, SST e CBO5, bem como se identificam os equipamentos

utilizados na sua determinação e respetivos reagentes.

3.2.1 Determinação do pH

A determinação do pH foi efetuada por potenciometria, de acordo com a instrução de

trabalho já existente na SAL (Anexo VI).

O aparelho de pH utilizado foi o potenciómetro da Metrohm, modelo 827 pH lab.

3.2.2 Determinação da CQO

A determinação da CQO foi efetuada por volumetria (método de refluxo aberto), de

acordo com a instrução de trabalho já existente na SAL (Anexo VII).

Utilizaram-se os seguintes reagentes, todos da Merck:

Sulfato de mercúrio;

Sulfato de prata;

Ácido sulfúrico concentrado;

Dicromato de potássio;

Solução de ferroine;

No estudo comparativo de TC com a CQO efetuou-se a determinação da CQO no

laboratório do ISEC por colorimetria, com refluxo fechado, de acordo com o

procedimento 5220D do Standard Methods for the Examination of Water and

Wastewater, apresentando-se essa relação entre o TC e a CQO em anexo (Anexo

VII).

3.2.3 Determinação do TC e TN

A determinação do TC e TN foi efetuada de acordo com o procedimento 5220D do

Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater.

O aparelho utilizado foi um analisador de Carbono Orgânico Total (TOC) da

Shimadzu, modelo VCPH/CPN, equipado com amostrador automático.



3.2.4 Determinação da condutividade

A determinação da condutividade foi efetuada por condutimetria, de acordo com a

instrução de trabalho já existente na SAL (Anexo IX).

O aparelho utilizado foi o condutivímetro da Metrohm, modelo 586 Conductivity

Module.

3.2.5 Determinação da dureza total

A determinação da dureza total foi efetuada por volumetria, de acordo com a

instrução de trabalho já existente na SAL (Anexo X).


Cloreto de zinco;

Solução tampão pH=10;

Indicador de negro de eriocromo T;

Solução de EDTA 0,01M;

3.2.6 Determinação dos aniões

A determinação dos vários aniões, nomeadamente, cloretos, sulfatos, fluoretos,

nitratos e fosfatos, foi efetuada por cromatografia, de acordo com a instrução de

trabalho já existente na SAL (Anexo XI).


Bicarbonato de sódio;

Carbonato de cálcio;

O cromatógrafo utilizado foi o cromatógrafo iónico da Dionex, modelo DX-120.

3.2.7 Determinação dos catiões

A determinação dos vários catiões, nomeadamente, sódio, potássio, cálcio e

magnésio, foi efetuada por espectrofotometria de absorção atómica, de acordo com

a instrução de trabalho já existente na SAL (Anexo XII).


Solução padrão multi-elementos;

Solução padrão de cálcio 1000 ppm;

Solução padrão de magnésio 1000 ppm;

Solução padrão de sódio 1000 ppm;


42

O espectrofotómetro utilizado foi o espectrofotómetro de absorção atómica da

Thermo Elemental, modelo Solaar S2.

3.2.8 Determinação do ácido peracético

A determinação da concentração de ácido peracético foi efetuada por volumetria, de

acordo com a instrução de trabalho já existente na SAL (Anexo XIII), bem como por

cromatografia, a determinação de concentrações mais baixas.


Permanganato de potássio;

Ácido sulfúrico concentrado;

Iodeto de potássio;

Amido;

Tiosulfato de sódio;

O cromatógrafo utilizado foi o cromatógrafo iónico da Dionex, modelo DX-120.

3.2.9 Determinação dos SST

A determinação dos SST foi efetuada por gravimetria, de acordo com a instrução de

trabalho já existente na SAL (Anexo XIV).

A estufa de secagem utilizada foi uma estufa da Memmert, modelo EU-500 e uma

balança da Mettler, modelo AE 200.

3.2.10 Determinação da CBO5

A determinação da concentração de ácido peracético foi efetuada pelo método

OXITOP, que foi introduzido na SAL no decorrer do estágio, e que será devidamente

explicado mais à frente neste relatório (Anexo XV).


Hidrogenofosfato de potássio;

Hidrogenofosfato de dipotássio

Hidrogenofosfato de disódio;

Cloreto de amónio;

Sulfato de magnésio;

Cloreto de cálcio;

Cloreto de ferro III;

Hidróxido de sódio;



Glucose;

Ácido glutâmico;

3.3 Caracterização dos Efluentes Parciais da Linha Assética

Com vista a caracterizar os diferentes efluentes gerados na linha L05C, foram

recolhidas várias amostras de cada local e analisadas em termos dos parâmetros

relevantes para avaliar a possibilidade de otimização do circuito de efluentes da

linha assética. Os resultados obtidos das diferentes amostras recolhidas nos locais

referidos no subcapítulo 3.1 e analisadas utilizando os métodos apresentados no

subcapítulo 3.2, encontram-se na Tabela 3.1.

Tabela 3.1 – Caracterização dos efluentes de saída da linha L05C (resultado de 4 amostras para cada descarga).

Descarga da linha

L05C

Local

Amostragem

Volume

descarregado

por operação

(m3)

pH CQO

(mg O2/L)

TC

(mg/L)

TN

(mg/L)

Enxaguamento inicial

ciclo COP Figura 3.3 1,301 5,63±0,22 181,4±43,4 74,8±23,8 8,2±4,4

Enxaguamento

espuma

ciclo COP

Figura 3.3 1,485 13,17±0,24 8869,8±560,7 4830,3±306,9 13,3±3,5


ciclo CIP Figura 3.3 2,600 5,50±0,35 115,6±39,8 38,8±21,8 2,3±2,6

Enxaguamento soda

ciclo CIP Figura 3.3 2,500 12,70±0,24 185,5±84,2 77,0±46,1 28,2±14,1

Enxaguamento ácido

ciclo CIP Figura 3.3 2,500 1,38±0,22 172,1±29,7 69,7±16,3 1826,0±48,7


ciclo AIC Figura 3.3 2,600 5,67±0,24 1019,8±707,1 533,7±387,0 1,5±1,5

Enxaguamento soda

ciclo AIC Figura 3.3 2,500 13,88±0,22 237,0±111,2 105,2±60,8 7,4±4,7

Enxaguamento

garrafas+cápsulas Figura 3.1 7,000 a) 5,38±0,22 129,5±33,3 46,4±18,2 1,2±0,7

Descarga

tanque de PAA Figura 3.4 0,600 3,83±0,24 9834,4±210,9 5358,3±115,4 0,1±0,1

a) volume descarregado por hora – o enxaguamento ocorre em contínuo durante o processo de

enchimento, dependendo do tempo de produção.


44

De salientar a grande variabilidade dos efluentes, bem como a sua perigosidade,

como se pode verificar nos valores de pH, variando de 1,38 a 13,88, bem como

valores extremamente elevados de CQO, que acarretam um enorme impacto no

funcionamento da ETAR Cruzeiro, bom como implicam um controlo apertado na

tratamento destes efluentes.

Relativamente ao caudal de enxaguamento, verifica-se que a sua contaminação é

muito reduzida.

.

CAPÍTULO 4


4 OTIMIZAÇÃO DO CIRCUITO DA ÁGUA DE ENXAGUAMENTO

Conforme se referiu anteriormente, no tratamento das garrafas e cápsulas no

processo de embalagem asséptico, a linha L05C, apresenta um desperdício de

cerca de 7 m3 por hora de água de enxaguamento, pelo que no enchimento em

contínuo das garrafas de águas com sabores, este caudal representa uma perda

significativa de água da nascente para a empresa.

A redução deste desperdício consistiu um dos objetivos deste estágio, recaindo

sobre esta parte a dispensa de grande parte do estágio para um bom entendimento

da enchedora. Com a otimização deste reciclo pretendia-se a recuperar parte desta

água, mas assegurando sempre que, a enchedora não poderia perder em momento

algum a esterilidade, por forma a não colocar em risco a qualidade do produto final.

No âmbito do estágio, pretendia-se inicialmente recuperar esta água de

enxaguamento, pelo desenvolvimento de um processo de tratamento do efluente.

Contudo, face ao reduzido valor económico da água que se desperdiça e, como se

vai verificar em seguida, ao baixo grau de contaminação deste efluente, rapidamente

se constatou a insustentabilidade de qualquer processo de tratamento, pelo que se

efetuou uma abordagem distinta sobre este problema, estudando-se a viabilidade de

introduzir um reciclo da água de enxaguamento sem qualquer tratamento químico ou

físico prévio.

4.1 Amostragem da Água de Enxaguamento

Deu-se então início ao estudo do processo de amostragem desta água no interior da

linha, pois era algo que não era feito na SAL, e era um processo que requeria um

grande cuidado devido ao risco de fazer a linha perder as condições de assepsia,

perdendo-se assim a produção.

Com recurso à utilização do compartimento DPTE (Figura 2.4), e às luvas (Figura

2.5) no qual se inseriu um frasco estéril, colocou-se o frasco por baixo da roda de

enxaguamento das garrafas, recolhendo a água proveniente do enxaguamento,

conforme descrito na Figura 4.1. De salientar a dificuldade em fazer esta recolha,

dando origem a muitas tentativas falhadas, face ao risco associado ao facto de se

poder colocar em causa a produção, à baixa periodicidade de funcionamento da

linha e ao demorado tempo que acarreta (cerca de duas horas no total).

Otimização do circuito da água de enxaguamento

46

Figura 4.1 – Processo de amostragem da água de enxaguamento.

A utilização contínua do recipiente DPTE e a constante esterilização com solução de

PAA, danificou o filtro de ar do mesmo, surgindo a necessidade de repensar todo o

processo de amostragem, passando a deixar-se no início de produção um recipiente

em alumínio no interior da linha para recolha da água de enxaguamento, o qual, só

poderia ser recolhido no final da produção.

4.2 Caracterização da Água de Enxaguamento

As amostras da água de enxaguamento foram então comparadas com a água de

entrada para se poder verificar a alteração sofrida pelo enxaguamento da solução de

PAA das garrafas.

Às amostras foram efetuadas as mesmas análises que são realizadas normalmente

à Água de Luso, referidas no capítulo anterior, acrescidas, dos parâmetros de

carbono total e da concentração de PAA. Os resultados obtidos encontram-se

apresentados na Tabela 4.1, em que se compara a água de enxaguamento, a Água

de Luso e as especificações da enchedora definidas pelo fabricante para a água de

enxaguamento.

Otimização do circuito da água de enxaguamento CAPÍTULO 4


Tabela 4.1 – Valores obtidos para os vários parâmetros da água de enxaguamento, recolhida no interior da máquina (8 amostras).

Parâmetros

Especificações FMi 70-20C

Água Enxaguamento

Água de Luso Unid.

pH 5,5 - 8,5 5,1 ± 0,3 5,59 - 5,81

Condutividade > 20, máx 1000 54,9 ± 2,1 50,5 - 54,7 µS/cm

Dureza Total < 7 1,08 ± 0,13 0,84 - 0,92 °

French

Aniõ

es

Cloretos (Cl-) < 15 9,2 ± 0,2 8,9 - 9,3 mg/L

Sulfatos (SO42-

) < 100 1,53 ± 0,04 1,40 - 1,60 mg/L

Fluoretos 0,07 ± 0,01 < 0,08 mg/L

Nitratos (NO3-) < 30 1,63 ± 0,04 1,57 - 1,71 mg/L

Fosfatos 0,51 ± 0,08 < 0,12 mg/L

Catiões

Sódio 7,02 ± 0,04 6,7 - 7,5 mg/L

Potássio 0,91 ± 0,03 0,79 - 0,93 mg/L

Cálcio 0,79 ± 0,03 0,66 - 0,82 mg/L

Magnésio 1,63 ± 0,01 1,58 - 1,70 mg/L

Carbono Total 8,87 ± 4,00 mg/L

Ácido Peracético 8,82 ± 3,04 ppm

De referir que a diferença entre os resultados apresentados nesta tabela e na Tabela

3.1, decorre do facto do local de amostragem ter sido distinto: no interior da máquina

e na caixa de recolha de efluentes (Figura 3.2), respetivamente.

A análise destes resultados permite verificar que a variação da qualidade da água de

enxaguamento comparativamente com a Água de Luso é mínima, sobressaindo

apenas um abaixamento de pH derivado à presença de ácido peracético, um

aumento da concentração de fosfatos, e a presença de ácido peracético,

proveniente da solução de PAA usada no enxaguamento das garrafas.

Conforme se referiu anteriormente, face a estes resultados, abandonou-se a ideia de

estudar um sistema de tratamento deste efluente para o reutilizar no processo,

tendo-se estudado apenas a possibilidade de o reincorporar no circuito, sem prévio

tratamento, de forma a reduzir este desperdício de Água de Luso.

De acordo com os serviços financeiros da empresa, o custo estimado da Água de

Luso para a SAL, ronda os 0,0023€/L, pelo que a implementação de um sistema de

tratamento de água de enxaguamento, nomeadamente a nanofiltração inicialmente

pensada, implicaria custos operacionais previsivelmente superiores à referida

poupança, pelo que se sugeriu uma solução muito mais económica de reutilização

de parte da água de enxaguamento, estudada no capítulo seguinte.


48

4.3 Processo de Recuperação da Água de Enxaguamento

Uma vez que é conhecida a concentração de PAA no processo de esterilização

efetuado na etapa anterior do processo produtivo (cerca de 1500 ppm de PAA), bem

como o caudal de água estéril utilizada (que, obviamente, apresenta uma

concentração nula de PAA), através da caracterização da água de enxaguamento,

pode-se estimar o caudal de solução de PAA que acompanha as garrafas após o

tratamento com PAA. De referir que apenas se irá definir o balanço mássico que

caracteriza o processo de enxaguamento das garrafas desinfetadas, uma vez que a

estrutura de enxaguamento das cápsulas não permite alteração do seu modo de

funcionamento.

O processo de enxaguamento das garrafas utiliza um caudal, da já referida água

estéril, de 5000L/h. O balanço consiste na representação do enxaguamento atual em

que, como já foi referido anteriormente, as garrafas, previamente tratadas com PAA,

são enxaguadas com água estéril (Figura 2.12), durante a passagem em duas

“rodas de enxaguamento”, sendo que cada “roda” tem um caudal de 2500L/h e a

água de enxaguamento se mistura toda, sendo posteriormente descarregada e

enviada para a ETAR, conforme se demonstra na Figura 4.2.

Figura 4.2 – Esquema de correntes, e sua identificação, relativas ao sistema de enxaguamento de garrafas da linha L05C.

As variáveis correspondentes ao sistema de enxaguamento em estudo são as

seguintes:



Q1 – Caudal de água estéril fornecida ao sistema de enxaguamento de

garrafas, com valor conhecido 5.000,0 L/h;

C1 – Concentração de PAA presente na corrente Q1;

Q1A – Caudal de água estéril que alimenta a roda A de enxaguamento,

com valor conhecido de 2.500,0 L/h;

C1A – Concentração de PAA presente na correnteQ1A;

Q1B – Caudal de água estéril que alimenta a roda B de enxaguamento,

com valor conhecido de 2.500,0 L/h;

C1B – Concentração de PAA presente na correnteQ1B;

Q2 – Caudal que acompanha as garrafas após o tratamento com PAA;

C2 – Concentração de PAA presente na correnteQ2, com valor conhecido

de 1500 ppm;

Q3 – Caudal do efluente resultante do enxaguamento das garrafas,

descarregado para a ETAR Cruzeiro;

C3 – Concentração de PAA presente na correnteQ3, com valor conhecido

de 15,8 ppm, que representa o valor mais desfavorável obtido;

Q3A – Caudal resultante do enxaguamento na roda A;

C3A – Concentração de PAA presente na correnteQ3A;

Q3B – Caudal resultante do enxaguamento na roda B;

C3B – Concentração de PAA presente na correnteQ3B;

Q4 – Caudal do líquido que permanece no interior das garrafas,

provenientes da roda A;

C4 – Concentração de PAA presente na correnteQ4;


provenientes da roda B;

C5 – Concentração de PAA presente na correnteQ5;

Efetuaram-se então os balanços materiais seguintes:

Balanço mássico ao ácido peracético correspondente ao sistema de

enxaguamento,

Equação 4.1

Balanço material correspondente à roda de enxaguamento A,


50

Equação 4.2

Balanço material correspondente à roda de enxaguamento B,

Equação 4.3

Admitindo:

Que a concentração de PAA na água estéril de enxaguamento é nula

=0 Equação 4.4

Que a quantidade de líquido que permanece no interior das garrafas após o

enxaguamento se mantem constante,

Equação 4.5

Que o caudal de água de enxaguamento fornecido a cada roda é igual,

Equação 4.6

Que a concentração do líquido que permanece nas garrafas após

enxaguamento é igual à do efluente gerado nesse enxaguamento

Equação 4.7

Equação 4.8



Efetuaram-se as respetivas substituições nas Equações 4.1, 4.2 e 4.3, obtendo-se

as seguintes equações,

Equação 4.9

Equação 4.10

Equação 4.11

Rearranjando as Equações anteriores em ordem a C4 e Q2, respetivamente,

Equação 4.12

Equação 4.13

Obteve-se o seguinte polinómio de terceiro grau, que permitiu o cálculo da variável

C5, e a partir desta as restantes variáveis,

( )

(

) Equação 4.14

Obteve-se então a quantidade de líquido (Q2), que é arrastado pelas garrafas e

retido pelo enxaguamento, responsável pela contaminação da água de

enxaguamento, 52,7 L/h, bem como a concentração do resíduo retido no interior da

garrafa após o enxaguamento (C5), de 0,639 ppm de PAA, o que numa produção

normal de 20.000 garrafa/h, tendo estas um volume de 330 mL, representará uma

contaminação máxima de 0,005 ppm de PAA.

Os restantes resultados, são apresentados de seguida na Figura 4.3, onde se

podem verificar os caudais e respetivas concentrações de PAA para todas as

correntes do sistema de enxaguamento.


52

Figura 4.3 – Balanço mássico ao enxaguamento do PAA nas garrafas.

Foi então estudado um sistema reintegração das correntes provenientes das rodas

de enxaguamento das garrafas, conforme se pode observar na Figura 4.4, de forma

a reduzir o consumo de água estéril para o enxaguamento, em que se propõe que

todo o efluente resultante de cada roda seja reutilizado na própria roda a menos de

um volume de água de reposição do reciclo a introduzir na 2ª roda, que permitiria a

manutenção do efluente à saída da 2ª roda em 5 ppm de PAA, conforme o esquema

apresentado de seguida.



Figura 4.4 – Esquema de correntes, e sua identificação, relativas à integração de correntes, efetuada ao sistema de enxaguamento de garrafas da linha L05C.

As variáveis correspondentes ao sistema de enxaguamento em estudo são as

seguintes:

Q1 – Caudal de água estéril fornecida ao sistema de enxaguamento de

garrafas;


Q2 – Caudal que acompanha as garrafas após o tratamento com PAA,

com valor conhecido de 52,7 L/h;

C2 – Concentração de PAA presente na corrente Q2, com valor

conhecido de 1500 ppm;

Q3 – Caudal do efluente resultante do enxaguamento das garrafas,

descarregado para a ETAR Cruzeiro;


QAE – Caudal de líquido para enxaguamento na roda A, com valor

conhecido de 2.500,0 L/h;

CAE – Concentração de PAA presente na corrente QAE;

QAS – Caudal resultante do enxaguamento na roda A;

CAS – Concentração de PAA presente na corrente QAS;

QAR – Caudal recuperado para o enxaguamento na roda A;

CAR – Concentração de PAA presente na corrente QAR;

QBE – Caudal de líquido para enxaguamento na roda B, com valor

conhecido de 2.500,0 L/h;

CBE – Concentração de PAA presente na corrente QBE;


54

QBS – Caudal resultante do enxaguamento na roda B;

CBS – Concentração de PAA presente na corrente QBS;

QBR – Caudal recuperado para o enxaguamento na roda B;

CBR – Concentração de PAA presente na corrente QAR;







Q6 – Caudal recuperado para o enxaguamento na roda A, proveniente

da roda B;


Efetuaram-se então os balanços materiais seguintes:

Balanço mássico ao ácido peracético correspondente ao sistema de

enxaguamento,

Equação 4.15


Equação 4.16


Equação 4.17

Balanço material correspondente ao ponto de junção P1,

Equação 4.18



Balanço material correspondente ao ponto de derivação P2,

Equação 4.19

Balanço material correspondente ao ponto de junção P3,

Equação 4.20

Balanço material correspondente ao ponto de derivação P4,

Equação 4.21

Admitindo:

Que a concentração de PAA na água de enxaguamento é nula

=0 Equação 4.22

Que a quantidade de líquido que permanece no interior das garrafas após o

enxaguamento se mantem constante,

Equação 4.23

Equação 4.24

Que a concentração do líquido que permanece nas garrafas após

enxaguamento é igual à do efluente gerado nesse enxaguamento


56

Equação 4.25

Equação 4.26

Efetuaram-se as respetivas substituições nas Equações 4.15, 4.16 e 4.17, obtendo-

se as seguintes equações,

Equação 4.27

Equação 4.28

Equação 4.29

Rearranjando as Equações anteriores em ordem a C3 e C5, respetivamente,

Equação 4.30

Equação 4.31

Obteve-se o seguinte polinómio de segundo grau, que permitiu o cálculo da variável

Q1, e a partir desta as restantes variáveis,

( ) Equação 4.32

Admitindo para C5, concentração do líquido que permanece no interior das garrafas,

provenientes da roda B, para posterior enxaguamento, uma concentração de 5 ppm

de PAA, o que numa produção normal de 20.000 garrafa/h, tendo estas um volume



de 330 mL, representaria uma contaminação de 0,04 ppm de PAA, valor abaixo do

método de deteção, calculou-se, então, as restantes variáveis, apresentadas na

Figura 4.5.

Figura 4.5 – Balanço mássico ao sistema de enxaguamento do PAA nas garrafas.

Obteve-se então a para o caudal de água estéril para enxaguamento, Q1, um valor

de 885,1 L/h, o que levaria uma redução de cerca de 82,3% do caudal inicial. No

entanto, após discussão com os responsáveis da SAL, achou-se que a

implementação deste sistema revelaria uma maior dificuldade técnica ao nível de

controlo dos caudais. Por outro lado, apesar da concentração de PAA admitida ser

muito reduzida, considerou-se que se deveria manter o enxaguamento na roda B

sempre com água estéril, isenta de PAA, para uma maior segurança no que diz

respeito à qualidade do produto final, surgindo então a necessidade do estudo de

uma nova proposta para redução da água de enxaguamento consumida e

posteriormente desperdiçada pela linha L05C.

A proposta do novo reciclo consiste numa segunda passagem da água de

enxaguamento. Após a aplicação de um separador de águas (Figura 4.6), isola-se a

água de enxaguamento proveniente da “roda” mais próxima do tratamento da roda

seguinte, a que antecede a “roda” de nova inversão da garrafa e posterior

enchimento da garrafa com produto. Esta segunda roda será então a que usará

água estéril completamente limpa, assegurando assim um melhor enxaguamento

antes de receber o produto, reduzindo o risco de contaminação. Após este primeiro

enxaguamento, a água volta a entrar no sistema, pois é separada no compartimento

pelo separador aplicado (conforme projeto apresentado na figura abaixo), recolhida


58

num tanque e enviada para a primeira “roda” para o primeiro enxaguamento das

garrafas contaminadas com PAA.

Figura 4.6 – Pormenor da aplicação de um separador de águas.

Após esta segunda passagem para enxaguamento, a água é então descarregada

pelo sistema para a ETAR Cruzeiro, reduzindo-se para metade o caudal inicial de

água estéril de 5000 L/h para 2500 L/h.

Figura 4.7 – Esquema de correntes, e sua identificação, relativas ao sistema de reciclo a instalar no enxaguamento das garrafas da linha L05C.



As variáveis correspondentes ao sistema de reciclo em estudo são as seguintes:

Q1 – Caudal de água estéril fornecida à roda de enxaguamento B, com

valor conhecido 2.500,0 L/h;


QR – Caudal do efluente a recircular que alimenta a roda A de

enxaguamento;

CR – Concentração de PAA presente na corrente QR;

Q2 – Caudal que acompanha as garrafas após o tratamento com PAA,

com valor conhecido de 52,7 L/h;

C2 – Concentração de PAA presente na corrente Q2, com valor

conhecido de 1500 ppm;

Q3 – Caudal do efluente resultante do enxaguamento das garrafas na

roda A, descarregado posteriormente na ETAR Cruzeiro;








Procedeu-se aos balanços mássicos, à semelhança da situação inicial,

Balanço material correspondente ao sistema de enxaguamento,

Equação 4.33


Equação 4.34


Equação 4.35


60

Admitindo:

O caudal arrastado no interior das garrafas mantem-se constante;

Equação 4.36

Equação 4.37

A concentração do caudal arrastado pelas garrafas é igual ao resultante do

enxaguamento da mesma roda de enxaguamento,

Equação 4.38

Equação 4.39

Efetuaram-se as respetivas simplificações sobre as Equações 4.33, 4.34 e 4.35,

obtendo-se as seguintes equações,

Equação 4.40

Equação 4.41

Equação 4.42

Rearranjando as Equações anteriores em ordem a C3, a concentração do efluente a

descarregar para a ETAR Cruzeiro, e CR, a concentração, simultaneamente, da água

de enxaguamento a recircular e do resíduo arrastado no interior das garrafas,

respetivamente, obtivemos:



Equação 4.43

Equação 4.44

Respeitando os balanços anteriores e calculando agora todas os caudais e

concentrações obtivemos os valores, apresentados na Figura 4.4.

Figura 4.8 – Balanço mássico ao PAA com reciclo da água de enxaguamento.

O resultado obtido para a concentração do resíduo do enxaguamento, no interior das

garrafas enxaguadas, de 0,653 ppm, o que originará, analogamente ao calculado

anteriormente, para uma produção normal de 20.000 garrafa/h com uma capacidade

de 330 mL, uma contaminação máxima de 0,006 ppm de PAA, valor quase idêntico

ao da situação inicial (0,005ppm de PAA), assegurando-se a qualidade de produto

inicial e conseguindo-se uma redução do desperdício da água de enxaguamento

para metade.

A forma como se viria a proceder esta segunda passagem será a seguinte, e

dividida em quatro passos:

O Passo 0 (Figura 4.9), que corresponde ao funcionamento normal da enchedora,

sem que a segunda passagem esteja ativa. Como se pode verificar, neste passo as


62

válvulas VR01 e VR02 estão numa posição considerada por posição 1, excluindo a

parte do reciclo do sistema.

Figura 4.9 – Início da produção (Passo 0)

O início propriamente dito do reciclo, designa-se por Passo 1, descrito na Figura

4.10, em que a válvula VR02 muda para uma segunda posição, deslocando a água

de enxaguamento, proveniente da “roda de enxaguamento” com a água estéril

menos contaminada com PAA, para um tanque pulmão, que no passo seguinte

abastecerá a bomba PR01, iniciando-se assim o reciclo.



Figura 4.10 – Enchimento do tanque pulmão (Passo 1).

Decorrendo-se o enchimento do tanque TR01, quando a água de enxaguamento

ultrapassar o sensor de nível S1, inicia-se o Passo 2, conforme a Figura 4.11, que

fará ligar a bomba PR01 e mudar a posição da válvula VR01 para uma segunda

posição, passando a primeira “roda de enxaguamento” a receber água proveniente

do reciclo.


64

Figura 4.11 – Início do reciclo (Passo 2)

Como forma de controlo, surge o Passo 3 (Figura 4.12), de modo a evitar que após

enchimento total do tanque, não ocorra uma inundação da zona de enxaguamento.

Para tal, no topo do tanque TR01, existe um segundo sensor de nível, que ao ser

ativado, muda a posição da válvula VR02 novamente para a posição inicial, parando

a entrada de água no tanque e consequentemente provocando o abaixamento do

nível, pois a bomba PR01 continuará a funcionar.



Figura 4.12 – Controlo do volume do tanque (Passo 3).

Baixando o nível no tanque, o sensor S2, já não estará ativado, voltando a válvula

VR02 para a segunda posição, voltando a entrar água de enxaguamento no tanque.

Desta forma, o nível no tanque manter-se-á entre os sensores S1 e S2, procedendo-

se assim ao controlo de nível.

Desligando o reciclo, voltará ao Passo 1, que corresponde ao funcionamento original

da enchedora.

4.4 Análise económica ao sistema de reciclo estudado

Consultando a SAL sobre o valor do investimento necessário para instalar o sistema

de reciclo da água de enxaguamento, estimou-se para as tubagens, tanque, duas

válvulas de duas vias, dois sensores de nível, bomba, separador de águas interno e

instalação por parte da empresa fornecedora da linha, a Sidel, um custo de

4580,00€.

Consultando-se o departamento financeiro da SAL, obteve-se como custo da água

estéril consumida pela linha L05C, um valor de 0,0023€/L. Assim, assumindo o nível

de produção mensal característico durante o período de estágio, como sendo de

cerca de 72 horas de produção por mês, a redução de 2.500,0L/h pelo efeito do

reciclo, permite obter cerca de 414,00€ por mês de poupança na água de

enxaguamento.


66

Como critério de avaliação da instalação deste sistema de reciclo, calcularam-se as

seguintes métricas, determinando previamente, a taxa de atualização, i, ou taxa

mínima de rentabilidade através da Equação 4. (Peters, 1991).

( ) Equação 4.45

Dependendo esta de três parâmetros:

T1 – Taxa de juro nominal, em que se considerou um valor de 6,0%;

T2 – Prémio de risco, em que se considerou um valor de 8,0%;

T3 – Taxa de inflação, em que se considerou um valor de 3,7%.

Obteve-se então uma taxa de atualização de 10,4% ao ano, a usar nos cálculos

seguintes.

VAL – Valor atualizado líquido

Calculou-se utilizando a seguinte Equação (Peters, 1991):

∑

( )

Equação 4.46

Onde corresponde ao valor do Cash-Flow atualizado do mês t, i

é a taxa de atualização e n é o correspondente a 24 meses de produção.

Obteve-se um VAL de 4.068,21€ para o sistema de reciclo.

TIR – Taxa interna de rentabilidade

Calcula-se utilizando a seguinte Equação:

∑

( ) ⁄

( )

Equação 4.47



Sendo a TIR a taxa máxima possível para que o projeto tenha viabilidade,

pode-se obter três situações distintas:

I – Se TIR < taxa de atualização, VAL < 0 e rejeita-se o projeto;

II – Se TIR > taxa de atualização, VAL > 0 e aceita-se o projeto;

III – Se TIR = taxa de atualização, VAL = 0, indiferença entre o

projeto e a melhor alternativa disponível (Peters, 1991).

Tendo-se obtido um TIR de 27,8%, e anteriormente um VAL de 4.068,21€,

deparamo-nos com a situação II, viabilizando-se a instalação do sistema de reciclo

na zona de enxaguamento de garrafas da linha L05C, da fábrica do Cruzeiro.

Verificou-se também o período de recuperação do investimento, PRI, que consiste

no tempo necessário para a fábrica recuperar o capital investido, isto é o tempo ao

fim do qual se anula o Cash-Flow atualizado acumulado, ou seja, passa de negativo

a positivo (Peters, 1991).

No Gráfico 4.1 apresenta-se uma representação do Cash-Flow atualizado

acumulado em função dos meses de funcionamento da linha L05C.

Gráfico 4.1 – Cash-Flow atualizado acumulado em função dos meses de funcionamento da linha L05C.

Como se pode visualizar no Gráfico 4.1, o PRI é de 1 ano. Verifica-se que os

primeiros 12 meses, é o período de tempo necessário ao pagamento do


68

investimento e, a partir desse instante, começa a existir lucro, a que acresce um

ganho, eventualmente mais relevante, que é a conservação do recurso natural que é

a Água de Luso.

CAPÍTULO 5


5 MONITORIZAÇÃO DA ETAR CRUZEIRO

Com vista a estudar o impacto da produção da linha asséptica na qualidade de

descarga do efluente líquido após tratamento na ETAR, iniciou-se um estudo sobre a

estação tratamento de águas residuais da fábrica Cruzeiro (ETAR Cruzeiro), que

complementou a caracterização da linha L05C. Efetivamente, o funcionamento da

linha asséptica tem um enorme efeito sobre o funcionamento da ETAR, quer na

variação do pH, quer da carência química de oxigénio (CQO). Integrado com este

estudo, iniciou-se a montagem do laboratório de águas residuais (LAR), apresentado

na Figura 5.1. A SAL já tinha prevista a montagem deste laboratório, tendo o

processo de montagem sido acelerado em função do interesse despertado por este

estudo. Assim, após a montagem do laboratório realizado no âmbito do estágio,

passou-se a efetuar nele as determinações de sólidos suspensos totais (SST),

carência química de oxigénio (CQO) e carência bioquímica de oxigénio (CBO). A

medição do valor de pH continuou a realizar-se no laboratório de análises químicas,

já existente na SAL.

Figura 5.1 – Vista geral do LAR montado no decorrer do estágio.

De salientar que para a implementação dos métodos analíticos a utilizar neste

laboratório se seguiram as normas já existentes nos restantes laboratórios da SAL.

Monitorização da ETAR do Cruzeiro

70

5.1 Caracterização da ETAR Cruzeiro

A ETAR Cruzeiro foi projetada para neutralizar os efluentes de esterilização das

linhas de engarrafamento de águas minerais, estando, por isso, estruturada

unicamente para efetuar correção do pH das águas residuais, provenientes das

diferentes zonas da fábrica e linhas de produção.

Figura 5.2 – Vista geral da ETAR Cruzeiro e da zona de controlo desta.

É constituída por duas zonas distintas, a ETAR Cruzeiro propriamente dita, com uma

capacidade de retenção de cerca de 25 m3, com duas divisões, como se pode

verificar na Figura 5.2. Um primeiro reservatório, com 15 m3, recolhe os diversos

efluentes da fábrica, efetuando-se aqui a sedimentação de sólidos que possam

existir no efluente, bem como a recolha de objetos sobrenadantes, essencialmente

partes de embalagens plásticas. Segue-se, então, o segundo reservatório, com 10

m3, no qual é efetuada a correção do pH. Os efluentes são bombeados de uma

divisão para a outra, através do controlo efetuado por um medidor de nível, sendo

constantemente agitados por meios mecânicos. Nesta divisão encontra-se uma

sonda de pH, ligado a um controlador, que adiciona ácido (ácido sulfúrico) ou base

(soda cáustica), consoante a necessidade, por bombagem direta do tanque de

agitação dos químicos. Ultrapassando o nível máximo do tanque de agitação, o

efluente é descarregado no meio hídrico, após passar por uma caixa de visita, onde

se efetua a amostragem e uma segunda monitorização do valor de pH.

De referir que antes do funcionamento da linha L05C, os efluentes que eram

descarregados na ETAR Cruzeiro, eram maioritariamente alcalinos, pelo que apenas

careciam de correção de pH, daí esta só estar preparada e dimensionada para este

Monitorização da ETAR do Cruzeiro CAPÍTULO 5


ajuste. Passando a linha L05C a produzir produtos com sabores, criou dificuldades

no controlo de pH devido às variações bruscas de pH dos diversos efluentes e no

cumprimento dos valores de descarga associados à carga orgânica proveniente da

linha L05C.

Figura 5.3 – Vista dos Tanques de recolha e zona de bombagem para a ETAR Cruzeiro.

A segunda zona da ETAR Cruzeiro corresponde a três tanques de recolha com

cerca 80 m3 no total, onde é feita uma recolha inicial dos efluentes provenientes da

linha L05C (Figura 5.3) devido a estes terem elevada carga orgânica e variações

muito bruscas de pH, mediante as diversas fases de funcionamento da linha,

efetuando-se então o bombeamento controlado para a ETAR Cruzeiro, ou recolha

dos efluentes por uma entidade externa à SAL e licenciada para a recolha deste tipo

de resíduos.

5.2 Monitorização da ETAR Cruzeiro

De modo a monitorizar a ETAR Cruzeiro, procedeu-se à determinação diária de

quatro importantes indicadores, o pH, os SST, a CQO e a CBO5 e TC, referentes a

amostras compostas, desde o início de Janeiro ao fim de Setembro de 2011,

recolhidas por uma amostrador automático numa caixa de controlo situada a jusante

da ETAR Cruzeiro, que se pode observar na Figura 5.4. Cada amostra composta é,

então, representativa de 24 horas de funcionamento da fábrica.


72

Figura 5.4 – Pormenor da amostradora e do local de recolha das amostras compostas.

Após a recolha das amostras, reiniciou-se a amostradora para a colheita seguinte, e

em frascos destinados a este propósito, devidamente identificados, procedeu-se às

diversas análises para determinação posterior, do TC, CQO e CBO5, pois os valores

de pH e SST foram determinados no dia de recolha da amostra.

Esta monitorização teve como referência, os valores limites de emissão

estabelecidos pelo Decreto de Lei nº 236/98 de 1 de Agosto (Anexo XVI),

apresentados na Tabela 5.1, para os parâmetros constantes na licença de descarga

nº 687/2011, Proc. LFI nº DHA-2005-0068, com validade até 30 de setembro de

2016 (Anexo XVII) e que se apresentam na tabela seguinte:

Tabela 5.1 – VLE estabelecidos pelo Decreto de Lei nº 236/98 de 1 de Agosto.

Parâmetro Expressão de

Resultados VLE.

pH Escala de Sorensen 6,0 – 9,0

SST mg/L 60

CQO mg O2/L 150

CBO5,20ºC mg O2/L 40



5.2.1 Monitorização do pH

A determinação do pH das diferentes amostras permitiu elaborar o Gráfico 5.1, onde

se representam os valores de pH das amostras compostas, bem como o intervalo de

valores limite de emissão (VLE) legalmente estabelecidos.

Gráfico 5.1 – Variação do pH na ETAR Cruzeiro.

Pela análise do Gráfico 5.1, pode verificar-se a existência de vários valores, quer

acima, quer abaixo do VLE, que traduzem situações de incumprimento das

condições de descarga constantes na Licença de Utilização de Domínio Hídrico. No

caso dos picos de pH superior a 9, estas situações coincidem com operações de

esterilização realizadas nas linhas de engarrafamento de água mineral da fábrica

Cruzeiro, principalmente da linha L06C, transferida no início de 2011 da fábrica Luso

para a fábrica Cruzeiro. A ultrapassagem do VLE, atingindo mesmo um pico de

pH=11,78, deve-se às intensas e demoradas lavagens com soluções alcalinas na

linha L06C aquando do seu arranque. Os restantes picos de pH=10,35, pH=11,04 e

pH=9,74 correspondem, também, a lavagens da linha L06C com soluções alcalinas,

mas agora a lavagens intermédias efetuadas durante a produção dessa linha. De

salientar que estes picos surgem de forma periódica, de acordo com o plano de

desinfeções desta linha, revelando a necessidade de um melhor controlo de pH nos

períodos em que ocorre a esterilização, pois a bombagem de agente neutralizante é

insuficiente para garantir um eficaz controlo do pH no efluente descarregado.


74

No que se refere aos valores de pH abaixo de 6, têm origem na esterilização da

linha asséptica em estudo, L05C, uma vez que é a única linha que utiliza ácido no

processo de esterilização. Esta dependência pode ser verificada no Gráfico 5.2, no

qual se inverteu o eixo dos valores de pH e se representou os períodos em que a

linha L05C esteve a operar.

Gráfico 5.2 – Variação do pH com o funcionamento da linha L05C.

Constata-se, assim, que antes de ocorrer produção da linha L05C, surgem picos de

pH abaixo de 6, pois a linha sofre desinfeções muito agressivas em termos de pH,

surgindo aqui evidente a utilização de ácido por parte desta, quer devido às

lavagens com solução ácida quer devido à utilização da solução desinfetante,

também ela ácida. Esta variação de pH da ETAR Cruzeiro, revela novamente

alguma deficiência no controlo de pH, agora para efluentes ácidos.

5.2.2 Otimização do controlo de pH da ETAR do Cruzeiro

Com vista a analisar a resposta deficiente que o sistema de controlo de pH estava a

dar, principalmente durante o funcionamento da linha L05C, estudou-se o

funcionamento do sistema de doseamento do ácido e da base para o tanque de

agitação e modo de agitação do tanque, tendo-se detetado um problema de projeto

que se identifica de seguida.



Figura 5.5 – Pormenor do tanque de agitação a controlar o pH.

Conforme se pode observar nas figuras anteriores, verificou-se que havia uma

grande proximidade, entre a zona de doseamento do ácido e da base (os dois tubos

à esquerda na figura superior) e a sonda de pH (localizada à direita). Para atestar

esta deficiente localização, adicionou-se fenolftaleína ao tanque (figura inferior) e

verificou-se que quando a base tocava a sonda de pH, indicava ao controlador a

necessidade de bombear ácido ao tanque e vice-versa, estando os reagentes a

neutralizar-se um ao outro e não o efluente, como era o objetivo, e constituindo uma


76

fonte de consumo desnecessário de agentes neutralizadores e do mau

funcionamento do sistema de controlo de pH da SAL.

Após esta observação, foi feita uma proposta de melhoria à SAL, Figura 5.1, a qual

foi posteriormente, aceite e efetuada a alteração à ETAR Cruzeiro e que se

apresenta como exemplo de pequenas sugestões de melhoria que foram realizadas

ao longo do estágio.

Figura 5.6 – Proposta de melhoria à ETAR Cruzeiro.

A proposta de melhoria consistiu na alteração do sentido de rotação do motor das

pás de agitação, de modo a que o ácido ou a base, após serem adicionados ao

tanque, pudessem ter um maior percurso de mistura antes de entrar em contacto

com a sonda de pH, representando melhor o valor de pH do efluente presente no

tanque de mistura.



O estudo do impacto desta alteração no desempenho do sistema de controlo, bem

como no consumo de químicos não pôde ser efetuado pois, a sua alteração ocorreu

na fase final do período do estágio.

5.2.3 Monitorização dos SST

Nas águas residuais, as substâncias não dissolvidas, que se encontram sob a forma

coloidal ou em suspensão, são um indicador do grau de poluição e são designadas

como sólidos suspensos totais (SST).

Na figura seguinte encontra-se o resultado da monitorização da ETAR SAL em

termos de sólidos suspensos totais.

Gráfico 5.3 – Variação dos SST na ETAR Cruzeiro

Os valores de Sólidos Suspensos Totais (SST) na ETAR Cruzeiro, apresentam-se

muito abaixo do respetivo VLE (60 mg/L), como se pode verificar no Gráfico 5.1, o

que já era esperado, face à reduzida presença de sólidos no efluente deste tipo de

indústrias. Assim, não foi dada muita relevância ao controlo desta variável, em

resultado da sua estabilidade ao longo do tempo, e ao seu afastamento em relação

ao VLE.


78

5.2.4 Monitorização da CQO

A análise da carência química de oxigénio é largamente utilizada para avaliar a

carga poluente de águas residuais, domésticas e industriais. Este parâmetro mede a

quantidade de oxigénio necessário para oxidar por via química a matéria orgânica

presente num dado efluente, utilizando um excesso de dicromato de potássio, como

agente oxidante, em meio ácido.

Após a determinação dos valores de CQO das diferentes amostras compostas

recolhidas na ETAR Cruzeiro, representou-se estes no Gráfico 5.4, bem como o

volume de produção da linha L05C, de forma a se verificar melhor o comportamento

da ETAR Cruzeiro de acordo com o funcionamento da linha.

Gráfico 5.4 – Variação da CQO na ETAR Cruzeiro.

A análise do Gráfico 5.4, permite verificar o grande impacto que a linha L05C tem na

ETAR Cruzeiro.

O funcionamento desta linha faz aumentar, e de forma proporcional ao volume de

produção, os valores da CQO, em que quando a linha não está a funcionar

apresenta valores abaixo do VLE (CQO=150 mg O2/L).

De salientar a ocorrência de dois picos altíssimos da CQO, um no dia 1 de Março de

2011 com um valor de CQO de 1.430,9 mg O2/L e outro no dia 5 de Abril de 2011

com um valor de 10.499,1 mg O2/L. Nestes dois dias, não ocorreu de forma correta a

retenção nos tanques de recolha de uma descarga pontual de concentrado de

produto. Assim, ao invés deste efluente ficar retido nestes tanques e posteriormente



ser recolhido por uma empresa externa de tratamento de resíduos como é prática

habitual, ocorreu a descarga inadvertida na ETAR do Cruzeiro. Os restantes dias de

produção situaram os valores de CQO em valores a rondar os 500-700 mg O2/L,

revelando a necessidade de ser iniciado um tratamento adequado na ETAR Cruzeiro

para reduzir os valores de CQO quando a linha asséptica se encontra em

funcionamento.

A 20 de Setembro de 2011, assinalado no Gráfico 5.4 a verde, iniciou-se na ETAR

do Cruzeiro a introdução de um sistema de tratamento baseado no bioaumento,

denominado Free Flow, que consiste na injeção diária de bactérias a montante da

ETAR de forma a reduzir os valores de CQO. Quando à consistência e eficácia do

método, nada foi verificado, pois foi introduzido na parte final do estágio, e as

amostragens posteriores à introdução do método não revelaram sucesso no

tratamento do efluente mas não foram em número suficiente para tirar conclusões.

5.2.5 Previsão da CQO na ETAR Cruzeiro

Face à influência da linha asséptica no desempenho da ETAR e a consequente

descarga em inconformidade com a legislação aplicável, tornou-se relevante efetuar

um estudo que permitisse prever o comportamento da ETAR em função da produção

da linha asséptica. Este estudo foi efetuado em duas partes. A primeira parte, em

que se relaciona o valor da CQO com o volume de produção da linha L05C, pois

parecia haver uma boa correlação entre estas variáveis, conseguindo-se assim, de

forma muito simplista, mas que poderia permitir uma estimativa rápida da qualidade

do efluente descarregado.

A segunda parte, procurou-se aprofundar mais esta previsão, tendo-se caracterizado

face todos os efluentes de saída da linha L05C, e efetuado um balanço à linha, onde

se caracterizaram todas as entradas e saídas desta. Com estes resultados foi

proposto um algoritmo simples em formato EXCEL que permite face à definição do

produto a produzir na linha, volume da embalagem e as várias limpezas a que estará

sujeita a linha, prever o valor da CQO que irá ser descarregada na ETAR do

Cruzeiro.

Previsão da CQO por correlação com o volume de produção da linha L05C:

Tendo-se observado a existência de uma relação entre a produção da linha L05C e

a CQO da amostra composta da ETAR Cruzeiro determinada, procurou-se obter

essa mesma relação.

Converteram-se os dados de produção em litros, para se poder comparar as

diferentes produções com diferentes volumes de embalagem, bem como se fez um


80

ajuste aos resultados obtidos para a CQO para fazer coincidir as datas de produção

com as datas das amostras compostas, obtendo-se então a seguinte correlação,

apresentada no Gráfico 5.5:

Gráfico 5.5 – Correlação entre a produção da linha L05C e a CQO da ETAR Cruzeiro.

Após determinação da equação da curva de tendência, podemos então determinar a

CQO previsto através do volume de produção para a linha L05C, utilizando-se então

a Equação 5.1:

[

] Equação 5.1

Já com a correlação efetuada, fez-se a previsão de todos os dias desde o início da

monitorização da ETAR Cruzeiro e compararam-se com os obtidos no decorrer do

estágio, verificando-se alguma consistência de resultados perante a simplicidade de

obtenção dos mesmos (Gráfico 5.6).



Gráfico 5.6 – Comparação entre o valor de CQO da amostra composta e o da previsão.

Poderá então ser um modo muito rápido de obter a CQO para o dia seguinte,

sabendo o volume de produção previsto, podendo assim a SAL atuar

preventivamente sobre a ETAR Cruzeiro.

Previsão da CQO por simulação do funcionamento da linha L05C:

Tendo-se verificado uma correlação entre a produção da linha L05C e a perda de

qualidade do efluente descarregado, procurou-se desenvolver um algoritmo que

permitisse estimar a qualidade do efluente descarregado, face à produção planeada.

Para o efeito iniciou-se a caracterização dos vários produtos que a linha produz,

nomeadamente, Formas Luso, Ritmo Luso, Ice Coffee e Luso de Fruta,

relativamente a pH, CQO, carbono total (TC) e azoto total (TN), apresentados na

Tabela 5.2. Devido à semelhança da sua caracterização não de distinguiu por

sabores.

Tabela 5.2 – Caracterização dos produtos da linha L05C.

Produto pH CQO

(mg O2/L)

TC

(mg/L)

TN

(mg/L)

Formas Luso 4,67±0,04 30.276,8±3167,3 5.544,3±469,6 0,000±0,000

Ritmo Luso 4,64±0,01 85.175,5±4295,4 12.716,7±278,8 0,000±0,000

Ice Coffee 4,34±0,00 171.539,9±3484,6 25.400,0±350,0 0,000±0,000

Luso Fruta 4,46±0,01 122.300,0±1994,9 18.230,0±641,3 0,000±0,000


82

Estes dados incluíram-se numa área destinada a produtos e reagentes (Figura 5.7).

Nos reagentes, incluíram-se os dados das suas fichas técnicas (Anexos I, II, III, IV e

V)

Figura 5.7 – Módulo de produtos e reagentes.

Inicia-se então o algoritmo com a interface apresentada na Figura 5.8, onde se irá

selecionar o volume das garrafas a produzir (o que influencia principalmente a

velocidade de produção), tendo a opção de 0,33L, 0,50L ou 1,00L, e o produto que

se vai produzir, tendo a opção de 1-Formas Luso, 2-Ritmo Luso, 3-Luso Fruta ou 4-

Ice Coffee. Indica-se também as diferentes limpezas a que estará sujeita a linha

L05C. Neste caso poder-se-á selecionar o ciclo COP, com as opções, 1-ciclo COP

curto ou 2- ciclo COP longo, selecionar também o ciclo CIP, novamente com duas

opções, 1-ciclo CIP soda ou 2- ciclo CIP soda+ácido e a possibilidade de ocorrência

de ciclo AIC ou descarga do tanque de PAA. A seleção do número e tipo de

operação de limpeza/ esterilização vai definir o volume e as características do

efluente descarregado e que foi caracterizado anteriormente no capítulo 3.3.

O algoritmo considera ainda um valor de partida da concentração de CQO na ETAR,

que é determinado analíticamente bem como o volume de efluente armazenado.



Conhecendo os efluentes específicos de cada fase do processo produtivo,

assumindo que a descarga para a ETAR ocorre pontualmente quando o tanque de

recolha atinge um nível determinado, e recorrendo a balanços mássicos simples

pode, então, estimar-se a qualidade do efluente descarregado no meio hídrico.

Figura 5.8 – Interface do algoritmo de previsão da CQO da ETAR Cruzeiro.

Para se perceber melhor o funcionamento, apresenta-se de seguida a simulação de

dois dias de produção real em que se determinou na ETAR Cruzeiro os respetivos

valores de CQO:

Dia 7 de Junho de 2011:

Realização do ciclo COP curto.

Realização do ciclo CIP soda

Produção de 5000 PACK GFA 24X0,33L LUSO DE FRUTA LIMÃO

Realização do ciclo AIC soda

Produção de 2000 PACK GFA 24X0,33L LUSO DE FRUTA MARACUJÁ



84


Produção de 2000 PACK GFA 24X0,33L LUSO DE FRUTA F.VERMEL


Produção de 6750 PACK GFA 6X4X0,33L LUSO DE FRUTA LIMÃO

Realização do ciclo COP longo

Realização do ciclo CIP soda + ácido

Começando pelo dia 7 de Junho de 2011, resume-se de seguida os dados de forma

a introduzir no algoritmo e partindo de uma concentração da ETAR Cruzeiro inicial

de CQO de 100 mg O2/L, que na inexistência de valores para o dia anterior, se

considerou igual ao dia anterior mais próximo.


Realização de 1 ciclo COP curto

Realização de 1 ciclo CIP soda

Produção de 7000 PACK GFA 24X0,33L LUSO DE FRUTA

Realização de 2 ciclos AIC soda

Introduziram-se então no interface do algoritmo os dados conforme a Figura 5.9, em

que o interface nos indica o valor de CQO de 416,1 mg O2/L.



Figura 5.9 – Interface do algoritmo de previsão para o dia 7 de Junho de 2011.

Na interface do EXCEL, também se apresenta o cálculo do método de previsão de

acordo com o volume de produção (55.440 litros), apresentado anteriormente,

recorrendo à Equação 5.1, prevendo 329,8 mg O2/L.

O interface também alerta para a adição de antiespumante à ETAR Cruzeiro, pois o

ciclo COP, pelo facto de utilizar uma espuma alcalina induz a formação de muita

espuma nos tanques de recolha e mesmo na ETAR Cruzeiro, pelo que a sua

utilização deverá indicar ao operador da ETAR a necessidade de utilização de anti-

espuma.

O resultado apresentado resulta do balanço mássico entre as correntes dos ciclos

apresentados a seguir, conjugando as características dos efluentes de saída, dos

reagentes utilizados, dos diferentes produtos que está a produzir, e diferente

funcionamento dos vários ciclos de lavagens. Apresentam.se de seguida os

efluentes estimados de cada um dos ciclos produtivos que permitem determinar o

resultado final constante na figura anterior.

Na Figura 5.10, indica-se o balanço mássico ao ciclo COP curto para o dia 7 de

Junho de 2011, tendo em conta que é um ciclo curto, ou seja, apenas lava certas

zonas da enchedora, variando o volume total dos efluentes de saída deste ciclo.


86

Figura 5.10 – Balanço mássico ao ciclo COP curto para o dia 7 de Junho de 2011.

Em seguida está representado, na Figura 5.11, o balanço mássico ao ciclo CIP, que

para o início de produção apenas foi selecionado o CIP soda, não havendo lavagem

posterior com ácido como já foi referido anteriormente, pois diria respeito a um ciclo

CIP soda + ácido.



Figura 5.11 – Balanço ao ciclo CIP soda para o dia 7 de Junho de 2011.

Falta apenas considerar o balanço correspondente ao ciclo AIC soda, Figura 5.12,

resultante das lavagens intermédias, aquando da mudança de produto, não

implicando a perda de esterilidade por parte da máquina. Para este balanço teve-se

em conta os resíduos de produto, presentes no carrocel de enchimento e tubos de

ligação ao Logiface.


88

Figura 5.12 - Balanço ao ciclo AIC soda para o dia 7 de Junho de 2011.

Sabendo que a amostra composta, do dia 7 de Junho de 2011, foi analisada, tendo

um valor de CQO de 354,0 mg O2/L., calculou-se o desvio dos resultados obtidos,

apresentados na Tabela 5.3.

Tabela 5.3 – Comparação entre os valores obtidos para a CQO no dia 7 de Junho de 2011

Método utilizado CQO

(mg/L)

Desvio

(%)

Previsão através da Equação

5.1 329,8,0 6,8

Previsão através do Algoritmo 416,1 17,5

Amostra composta do LAR 354,0 -



Apresenta-se de seguida os resultados para o segundo dia simulado, encontrando-

se já de forma simplificada os dados a introduzir no algoritmo para o dia 8 de Julho

de 2011. Agora considera-se o valor inicial de CQO da ETAR de determinado

analiticamente no dia anterior, de 354,0 mg O2/L.


Produção de 8750 PACK GFA 6X4X0,33L LUSO DE FRUTA

Realização de 1 ciclo AIC soda

Realização de 1 ciclo COP longo

Realização de 1 ciclo CIP soda + ácido

Após introdução dos dados, conforme a indica a Figura 5.13, obteve-se uma

previsão para um valor de CQO igual a 435,9 mg O2/L.

Figura 5.13 – Interface do algoritmo de previsão para o dia 8 de Junho de 2011.

Uma vez mais, apresenta o cálculo do método de previsão de acordo com o volume

de produção (69.300 litros), utilizando a Equação 5.1, prevendo 363,1 mg O2/L e

alerta para a adição de antiespuma à ETAR Cruzeiro.

De igual forma, o resultado apresentado resulta do balanço mássico entre as

correntes dos ciclos apresentados a seguir, conjugando as características dos


90

efluentes de saída, dos reagentes utilizados, dos diferentes produtos que está a

produzir, e diferente funcionamento dos vários ciclos de lavagens.

Na Figura 5.14, está o balanço mássico ao ciclo COP longo para o dia 8 de Junho

de 2011, tendo em conta que é um ciclo longo, lavando agora todas as zonas da

enchedora, variando o volume total dos efluentes de saída deste ciclo.

Figura 5.14 – Balanço mássico ao ciclo COP longo para o dia 8 de Junho de 2011.

Em seguida está representado, na Figura 5.15, o balanço mássico ao ciclo CIP, que

agora será um ciclo CIP soda + ácido, pois será fim de produção, recorrendo-se a

uma lavagem mais completa dos constituintes da linha por onde circula o produto. O

balanço agora inclui a segunda parte do ciclo CIP, onde no dia anterior apenas



circulou soda, no dia 8 de Junho de 2011circulou após a soda, ácido em todas as

zonas de contato com o produto.

Figura 5.15 – Balanço ao ciclo CIP soda + ácido para o dia 8 de Junho de 2011.


92

Falta apenas considerar o balanço correspondente ao ciclo AIC soda, Figura 5.16,

resultante das lavagens intermédias, a quando da mudança de produto. Para este

balanço teve-se em conta, novamente, os resíduos de produto, presentes no

carrocel de enchimento e tubos de ligação ao Logiface.

Figura 5.16 - Balanço ao ciclo AIC soda para o dia 8 de Junho de 2011.

Sabendo que a amostra composta, do dia 8 de Junho de 2011, foi analisada, tendo

um valor de CQO de 402,0 mg O2/L, calculou-se o desvio dos resultados obtidos,

apresentados na Tabela 5.4.



Tabela 5.4 – Comparação entre os valores obtidos para a CQO no dia 8 de Junho de 2011

Método utilizado CQO

(mg/L)

Desvio

(%)

Previsão através da Equação

5.1 363,1 9,7

Previsão através do Algoritmo 435,9 8,4

Amostra composta do LAR 402,0 -

Como se pode comprovar, os dois modelos apresentam resultados bastante

satisfatórios, quando comparados com as amostras compostas analisadas,

correspondentes a esses dias, apesar de muitos fatores poderem influenciar os

resultados, tais como funcionamento e lavagens de outras linhas, principalmente a

linha L03C da fábrica Cruzeiro que também pode contribuir para uma variação do

valor de CQO.

Pode pois concluir-se que o algoritmo proposto permite prever a qualidade do

efluente descarregado em situações de produção da linha L05C, e que poderá

constituir uma ferramenta útil na prevenção de situações de incumprimento dos

parâmetros de descarga constantes na Licença de Utilização do Domínio Hídrico da

SAL.

5.2.6 Monitorização da CBO

A carência bioquímica de oxigénio (CBO) permite determinar a capacidade dos

microrganismos para oxidarem a matéria orgânica presente no efluente,

correspondendo à quantidade de oxigénio consumido por uma flora heterogénea,

nas condições de ensaio, na degradação da matéria orgânica presente na água

residual, em condições aeróbias.

O teste de CBO deve ser realizado em recipiente fechado ao abrigo da luz, a valores

de pH próximos da neutralidade (6,5 e 8,0) e a uma temperatura controlada de 20ºC.

Os resultados da determinação do valor da CBO5 das amostras compostas da ETAR

da SAL encontram-se representados graficamente na figura seguinte, na qual se

indicam também os correspondentes valores da CQO.


94

Gráfico 5.7 – Variação da CBO5 na ETAR Cruzeiro.

O fato da análise da CBO5 ter a duração de 5 dias e o método utilizado no

laboratório da fábrica do Cruzeiro não estar a fornecer resultados coerentes, após

testes com outro método, como será apresentado no capítulo 5.2.7, levou a que se

tivesse obtido um número reduzido de ensaios com valores a considerar. Mesmo

assim pode-se verificar a relação próxima existente entre os valores da CQO e os da

CBO5.

O funcionamento da linha L05C acarreta, conforme se viu anteriormente, a descarga

de efluente com maior carga orgânica, o que implica que também para a CBO5 seja

ultrapassado o VLE fixado em 40 mg O2/L, verificando-se mais uma vez a

necessidade urgente de intervir na ETAR Cruzeiro de forma a tratar estes efluentes.

A variação deste parâmetro está diretamente relacionada com a variação da CQO

devido à natureza orgânica e biodegradável dos efluentes provenientes da linha

L05C.



Gráfico 5.8 – Correlação entre a CBO5 e a CQO para a ETAR Cruzeiro.

A relação evidente entre a CBO5 e a CQO para a ETAR Cruzeiro pode ser avaliada

pelo Gráfico 2.1, onde se verifica a grande correlação entre estas duas variáveis

(R2=0,9828). Verifica-se, que neste efluente a razão CBO5/CQO, apresenta um valor

de 0,4985, que se encontra de acordo com os valores típicos para um efluente

facilmente biodegradável.

A equação de regressão linear determinada poderá ser utilizada na estimativa rápida

do valor de CBO5, conhecido o valor de CQO.

[

] [

] Equação 5.2

5.2.7 Desenvolvimento do método OXITOP no LAR

O princípio do método é o mesmo que o já utilizado no Laboratório Central da fábrica

Cruzeiro (determinação por volumetria), mas usa-se um equipamento que regista e

armazena os valores de pressão negativa que se gera no headspace dos frascos

OXITOP.


96

Figura 5.17 – Medidores OXITOP.

Pela ação microbiana a matéria orgânica é degradada ocorrendo o consumo

simultâneo de oxigénio. O CO2 que é libertado é absorvido em pellets de NaOH que

se colocam na parte interior da tampa dos frascos. Se o volume de amostra for

adequado à sua concentração e ao tamanho do frasco, a quantidade de oxigénio

que fica armazenado no headspace do frasco é suficiente para que o seu

decréscimo seja detetado e a partir dele se possa calcular a carência bioquímica de

oxigénio ao fim de 5 dias (CBO5).

O método baseia-se então na medição da pressão no espaço gasoso do frasco de

incubação, acima da amostra líquida, durante 5 dias, com registo diário automático

desse valor. O consumo de O2 reflete-se num abaixamento da pressão que é

medido e permite obter o valor da CBO5, expressa em mgO2/L. O CO2, resultante da

oxidação da matéria orgânica, reage com NaOH, sendo anulado o seu efeito na

determinação da variação de pressão.

Este método aplica-se diretamente, a todas as águas cuja CBO seja inferior a 4000

mgO2/L. Para valores mais elevados, deve-se diluir previamente a amostra.

Existem medidores (iguais quanto ao funcionamento) de cor amarela e de cor verde.

Fazem a medição da pressão, por recurso a sensores eletrónicos. A sua função

AUTO TEMP faz o controlo do ajuste da temperatura, e início automático da

medição (entre 1 h e 3 h). A temperatura, T, das amostras deve situar-se no

intervalo 15 °C ≤ T ≤ 20 °C. Durante os cinco dias de incubação, o OXITOP mede e



guarda os valores da pressão diariamente, e apresenta os valores que permitem o

cálculo da CBO.

Inicia-se a medição premindo os dois botões, M e S, simultaneamente, durante

cerca de 2 s (até aparecer 00), apagando-se então os valores armazenados.

Figura 5.18 – Pormenores do Reset aos medidores.

Os medidores são adaptados aos frascos de incubação e neles fixados, rodando até

apertar bem. Os conjuntos são colocados nos tabuleiros magnéticos, com uma barra

magnética em cada frasco. Os tabuleiros são ligados, através dos respetivos

transformadores, às tomadas existentes no interior da incubadora. As amostras são

identificadas pela posição nos tabuleiros e com etiquetas.

Duas pastilhas de NaOH (ou equivalente noutro formato, numa quantidade de cerca

de 400 mg) são colocadas em cada frasco, por baixo do medidor, na zona alta da

fase gasosa, dentro do pequeno saco de borracha, que também serve de vedante.

Não deve nunca sair do saco e ser misturado com a amostra, pois alterava

drasticamente o pH.

Após realizar alguns testes com os frascos, propôs-se à SAL o procedimento

descrito em anexo (Anexo XVI).


98

CAPÍTULO 6


6 CONCLUSÕES GERAIS

6.1 Síntese do trabalho e propostas de trabalhos futuros

Face aos resultados obtidos, pode considerar-se que no decorrer deste estágio,

foram atingidos todos os objetivos propostos.

Numa primeira fase foram compreendidos e caraterizados os vários constituintes da

linha asséptica do Cruzeiro, bem como os vários modos de operação; limpeza,

desinfeção, esterilização ou produção. De seguida foi efetuada a amostragem e a

caracterização das diferentes correntes originárias da linha.

Posteriormente tentou-se minimizar o desperdício de água estéril da linha, utilizada

no enxaguamento das garrafas e das cápsulas que entram na enchedora.

Caracterizou-se o efluente de enxaguamento e estudou-se a possibilidade de

introduzir um reciclo. O projeto de reciclo proposto, permitirá à SAL uma diminuição

do desperdício de água, de 5.000 para 2.500 litros por hora, o que constituirá,

quando vier a ser implementado, uma mais-valia ambiental e um ganho no que se

refere à conservação do recurso natural que é a Água de Luso. Em termos

económicos a solução preconizada tem um custo estimado de 4.850,00 euros,

apresentado o projeto um pay-back de 12 meses, um VAL de 4.068,21 euros e uma

TIR de 27,8%, sendo, também em termos económicos, um projeto viável e

interessante.

No decorrer do estágio alargou-se o estudo à caraterização e avaliação de

desempenho da ETAR Cruzeiro, tendo-se monitorizado quatro indicadores (pH,

SST, CQO e CBO), e, assim, melhorado o conhecimento sobre a ETAR. Concluiu-se

que linha assética em estudo, a L05C, influenciava de forma decisiva o

funcionamento da ETAR Cruzeiro.

Tentando-se aprofundar o estudo da forma como a produção de águas com sabor,

na linha L05C, influenciava o desempenho da ETAR, procurou-se prever a

concentração em CQO do efluente descarregado na ETAR, face à produção da linha

assética, fazendo como que uma ponte entre as duas áreas de estudo do estágio, a

linha L05C e a ETAR Cruzeiro. A previsão foi efetuada através de duas

metodologias:

Uma primeira metodologia, utilizando apenas o volume de produção da linha L05C,

apesar de constituir um modelo muito simplista, permitiu a obtenção de resultados

consistentes, utilizando a Equação 5.1:

[

] Equação 5.1

CONCLUSÕES GERAIS

100

A segunda metodologia de previsão consistiu na construção de um algoritmo que

permite simular as diferentes descargas da linha L05C e prever a concentração de

CQO que se atingirá na descarga da ETAR Cruzeiro, face ao tipo de produto em

produção e aos processos de limpeza e esterilização utilizados.

Também ao nível da determinação da CB0, se construiu uma equação de regressão

linear para estimar o seu valor. Partindo do valor de CQO determinado numa

amostra e utilizando a Equação 5.2, passou-se a ser possível estimar de forma

simples o valor da CBO:

[

] [

] Equação 5.2

A nível pessoal, não só pelo tema estudado mas pelo facto dos objetivos que foram

surgindo terem sido sucessivamente atingidos, o estágio revelou ser um teste

relevante às minhas capacidades pessoais e técnicas na área da engenharia. O

estágio proporcionou, ainda, o desenvolvimento das minhas competências de

engenharia em ambiente industrial, em resultado dos diferentes contactos e

experiencias que me foram proporcionadas pela integração num ambiente fabril

numa empresa com o grau de organização e profissionalismo que carateriza a SAL.

Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS


7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Bihan, Yann Le. 2008. Directrizes do estudo HACCP - Máquina FMI 70 20 K. s.l. :

Sidel/SAL Portugal, 2008.

Casey, T. A. 1997. Unit treatment processes in water and wastewater engineering.

New York : John Wiley & Sons, 1997.

Eddy, Metcalf &. 2003. Wastewater Engineering – treatment, disposal, reuse - 4th

Edition. s.l. : McGraw-Hill International, 2003.

Peters, Max, S., Timmerhaus, Klaus D. 1991. Plant desing and economics for

chemical. United States of America : McGraw–Hill International Editions, 1991.

SAL. 2011. Sociedade da Água de Luso. [Online] SAL, 2 de Dezembro de 2011.

http://www.sociedadeagualuso.pt/.

Sidel. 2008. Apresentação Sensofill FMi 70/20C SAL Portugallo. s.l. : Sidel, 2008.

Sidel. 2006. Sensofill FMi 70/20C - Operações Sistema e Manual de Manutenção.

Itália : Sidel, 2006.

Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ANEXOS


ANEXOS

Anexo I – Ficha técnica da solução ácida

ANEXOS

104

ANEXOS

106

Anexo II – Ficha técnica da solução de soda.

ANEXOS

108

Anexo III – Ficha técnica da espuma alcalina

ANEXOS

110

ANEXOS

112

Anexo IV – Ficha técnica do agente esterilizante (PAA)

ANEXOS

114

ANEXOS

116



Anexo V – Ficha técnica do agente humidificante

ANEXOS

118

ANEXOS

120

Anexo VI – Determinação do valor de pH de águas residuais e efluentes da

linha L05C.

Método: Potenciometria

Mergulhar a sonda de pH diretamente na amostra e fazer leitura 3 min depois, sem

agitação.

Figura 7.1 – Medidor de pH.



Anexo VII – Determinação da CQO nas águas residuais (método refluxo aberto)

Preparação dos reagentes:

Sulfato de mercúrio

Solução de sulfato de prata

6,6g de sulfato de prata diluído em ácido sulfúrico concentrado

Ácido sulfúrico concentrado qbp 1000mL

Solução de sulfato de ferro e amónio 0,25N

98g de sulfato de ferro e amónio

Adicionar 20mL de ácido sulfúrico concentrado.

Água destilada qbp 1000mL

O título desta amostra deve ser verificado antes de cada utilização.

Solução de dicromato de potássio 0,25N:

12,2588g de dicromato de potássio (seco a 110ºC, 2h)


Solução de ferroine:

1,485g de 1.10-phenanthroline

0,695g de sulfato de ferro


Dissolver a phenanthroline e o sulfato de ferro em água e completar o volume.

ANEXOS

122

Verificação do título da solução de sulfato de ferro e amónio:

Medir com pipeta volumétrica, 25 mL de solução de dicromato de potássio 0,25N e

completar até 250mL, com água destilada

Juntar 75mL de ácido sulfúrico, deixar arrefecer, juntar algumas gotas de solução de

ferroine e determinar a quantidade necessária de solução de sulfato de ferro e

amónio para obter a viragem a cor violácea.

T 2Cr2O

mL e( H4)2(SO4)2 Equação 7.1

Método:

Introduzir 50mL da amostra de água num balão de 250mL (ou eventualmente noutro

volume, na mesma proporção). Juntar 1g de sulfato de mercúrio cristalizado e 5mL

de solução sulfúrica de sulfato de prata, aquecer, se necessário, até perfeita

dissolução.

Juntar 25mL de solução de dicromato de potássio 0,25N, depois 70mL de solução

sulfúrica de sulfato de prata. Levar à ebulição, durante 2 horas, sobre refrigeração

de refluxo, adaptar o balão. Deixar arrefecer. Diluir a 350mL com água destilada.

Figura 7.2 – Determinação da CQO por volumetria.

Juntar algumas gotas de solução de ferroine. Determinar a quantidade necessária

de solução de sulfato de ferro e amónio para obter viragem a vermelho violáceo.

Proceder da mesma maneira sobre 50mL de água destilada.



Figura 7.3 – Mudança de cor durante a titulação na determinação da CQO.

C O mg/L 8000 (B A) T

Equação 7.2

B – Volume gasto na titulação do branco

A – Volume gasto na titulação da amostra

T – Título da solução de sulfato de ferro e amónio

V – Volume da amostra

ANEXOS

124

Anexo VIII – Relação para determinação da CQO utilizando o valor de TC

Após determinação do valor de carbono total (TC) e da CQO pelo procedimento

5220D do Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, para as

mesmas amostras de efluente da ETAR Cruzeiro, obteve-se a seguinte curva de

correlação entre os dois parâmetros que se pode verificar no Gráfico 7.1.

Gráfico 7.1 - Relação entre a concentração de TC e a CQO

Da curva de regressão linear, resulta a Equação 7.3, que permitiria estimar a CQO

das amostras de uma forma mais rápida, podendo-se assim determinar um maior

número de amostras.

[

] Equação 7.3



Anexo IX – Determinação da condutividade

Método: Condutimetria

Mergulhar a sonda de condutividade diretamente na amostra e fazer leitura 1 min

depois, sem agitação.

ANEXOS

126

Anexo X – Determinação da dureza total

Reagentes e produtos auxiliares

Cloreto de zinco 0,05 M

Pesar 0,6814 g de cloreto de zinco;

De seguida, dissolver em 100 mL de água destilada;

Solução tampão pH=10

Pesar 33,75 g de cloreto de amónio;

Adicionar 285 mL de amónia concentrada;

Posteriormente transferir a solução para um balão de 500 mL;

Completar o balão com água destilada;

Indicador de negro de eriocromo T

Solução de EDTA 0,01 M

Num balão de 1000 mL, colocar a ampola, segurando-a na parte inferior e rodando a

parte superior;

Retirar o funil existente na parte superior e virá-lo de modo a furar a membrana.

Colocar o funil na posição inicial;

Inclinar a ampola e rodando, lavá-la com água destilada. Posteriormente completar

com água destilada e agitar a solução;

Equipamento e material

:Balão volumétrico;

Pipeta graduada;

Copo de precipitação;

Vareta de vidro;



Bureta graduada;

Preparação das amostras:

Se a água não estiver límpida, deve filtrar-se, rapidamente, para que exista o mínimo

de contacto do ar com a amostra;

O volume de amostra depende da concentração dos iões. No caso da Água de Luso

o volume é 250 mL e para a Água do Cruzeiro é 25 mL (adicionar água destilada de

modo a obter o volume final de 100 mL);

Técnica:

Colocar a amostra num copo de precipitação;

Adicionar 10 mL de solução tampão (para alcalinizar a água da amostra) e agitar;

Com uma vareta de vidro, aplicar um pouco do indicador negro de eriocromo T e

agitar. A solução apresenta cor violeta;

Titular com E.D.T.A. até a solução atingir o ponto de viragem (solução cor azul);

Figura 7.4 – Mudança de cor na titulação para determinação da dureza total.

Realizar um ensaio de padronização, para se verificar de E.D.T.A:

Pipetar 100 mL de água destilada e proceder como anteriormente. A solução

apresenta cor azul, aplicar 1 mL de cloreto de zinco, para que a solução fique com

cor violeta, ou seja, a cor do complexo catião indicador (M-ind);

ANEXOS

128

Realizar a titulação com E.D.T.A. para se obter o complexo M-EDTA;

Resultados

O resultado da dureza pode ser obtido em mg/L de carbonato de cálcio (é o anião

que está mais associado ao cálcio e ao magnésio (ter em consideração a massa

molecular do carbonato de cálcio)) ou em graus franceses (°French), arredondando

às décimas.

Cálculo da dureza total (mmol/L):

Equação 7.4

Ensaio de padronização: verificação da concentração de E.D.T.A (mg/L):

Equação 7.5



Anexo XI – Determinação dos aniões por cromatografia

Reagentes:

Preparação das soluções concentradas do eluente:

0,5M Bicarbonato de Sódio

Dissolver 21,0 g de Bicarbonato de Sódio em 400 mL de água destilada. Diluir para

obter um valor final de 500 mL.

0,5 M Carbonato de Cálcio

Diluir 26,49 g de Carbonato de Sódio em 400 mL de água destilada.

Diluir para obter um valor final de 500 mL.

Preparação do eluente (3,5 mM de Carbonato de Sódio/1 mM de Bicarbonato de

Sódio):

Pipetar 7,0 mL da solução B e 2,0 mL da solução A para um balão de 1000 mL.

Preparação do padrão original multielementos (pipetar para balão 250 mL)

Tabela 7.1 – Volumes a pipetar para preparação do padrão.

Elemento Volume

de 1000 ppm

Conc. Final

(mg/L)

Fluoreto 0,25 1

Cloreto 10 40

Nitrito 0,6 2,4

Fosfato 1,25 5

Sulfato 2,5 10

ANEXOS

130

Preparação do padrão de Nitrato (pipetar para balão de 100 mL):

Tabela 7.2 – Volume a pipetar para preparação do padrão de nitrato

Elemento Volume

de 1000 ppm

Conc. Final

(mg/L)

Fluoreto 5 50

Reta de Calibração:

Tabela 7.3 – Volumes a pipetar para preparação dos padrões.

Vsol.1 Vsol.2 Fluoreto Cloreto Nitrito Nitrato Fosfato Sulfato

Padrão

1 10 0,5 0,1 4,0 0,24 0,25 0,5 1,0

Padrão

2 20 3 0,2 8,0 0,48 1,5 1,0 2,0

Padrão

3 25 5 0,25 10,0 0,6 2,5 1,25 2,5

Padrão

4 50 10 0,5 20,0 1,2 5,0 2,5 5,0

Ligar o cromatógrafo, fazer uma pequena purga e deixar estabilizar o equipamento

durante cerca de 30 minutos. Antes da injeção dos padrões, fazer uma linha de

base.

Injetar os padrões e, logo a seguir, as amostras.

Injetar água destilada.



Anexo XII – Determinação dos catiões por absorção atómica

Reagentes:

Solução tampão

Solução padrão original multi-elementos

Solução padrão de cálcio de 1000 ppm

Solução padrão de magnésio de 1000 ppm

Solução padrão de sódio de 1000 ppm

Solução padrão de potássio de 1000 ppm

Água destilada

Na preparação dos padrões é preparado um de referência, solução de ensaio em

“branco”, este contém água destilada e solução tampão, excluindo o analito que se

está a determinar.

As soluções a analisar devem ser preparadas em frascos de plástico (oferecem uma

maior estabilidade às soluções).

Técnica:

1. Algum tempo antes de realizar o ensaio, colocar a funcionar todas as lâmpadas

(incluindo a de deutério) e abrir os gases: o combustor e o oxidante, para o

aquecimento do equipamento e para que este estabilize, ambas as fontes interferem

no resultado. Esperar cerca de 15 minutos.

2. Preparar a solução tampão:

Solução de ionização para doseamento de alcalinos – 5% de CsCl e 10% de

HCl;

Solução de inibição da formação de óxidos para doseamento de alcalino-

terrosos – 10% de LaCl2.7H2O e 10% de HCl ou 5% de La2O3 e 10% de HCl;

Preparar uma solução mista, com os dois objetivos referidos acima: 5% de

CsCl, 10% de LaCl2.7H2O e de HCl. Perfazer o balão com água destilada;

3. Preparar a solução padrão original multi-elementos. Cada padrão tem a

concentração inicial de 1000 ppm. Para um balão de 100 mL pipetar:

ANEXOS

132

Tabela 7.1 – Volumes a pipetar para preparação do padrão.

Elemento Volume

de 1000 ppm

Conc. Final

(mg/L)

Potássio 2 20

Sódio 8 80

Magnésio 3 30

Cálcio 3 30

Completar com água destilada.

Reta de calibração:

4. Preparar os padrões para a reta, em balões de plástico de 100 mL, a partir da

solução do ponto 3.

No final cada padrão tem uma determinada concentração de cada elemento

Tabela 7.3 – Volumes a pipetar para preparação dos padrões.

Vol.

medido

Potássio

(mg/L)

Sódio

(mg/L)

Magnésio

(mg/L)

Cálcio

(mg/L)

Padrão 1 1 mL 0,2 0,8 0,3 0,3

Padrão 2 3 mL 0,6 2,4 0,9 0,9

Padrão 3 7 mL 1,4 5,6 2,1 2,1

Padrão 4 10 mL 2,0 8,0 3,0 3,0

O padrão 1 e 4 são realizados em duplicado, num frasco de vidro e de plástico.

5. A cada padrão adicionar 10% de solução tampão, ponto 2 (esta neutraliza as

soluções e a leitura torna-se mais estável) e depois perfazer os balões com água

destilada;

6. Fazer o auto zero, com a aspiração de água destilada. Ler o branco. Aspirar os

padrões.

7. Depois da leitura dos padrões, construir as retas de calibração, para cada

elemento e observar o seu comportamento.



Amostras:

8. Preparar as amostras (efetuando as diluições necessárias e proceder como em 5)

em balões de 100 mL.

9. Após o ponto 6, aspirar de seguida as amostras;

10. O equipamento com a equação da reta, referente a cada elemento, fornece a

concentração da amostra.

Notas:

No final da determinação injetar água destilada.

Após as leituras, o sistema informático imprime os resultados obtidos, ou seja, a

quantidade de cada elemento presente nos padrões e amostras, a concentração de

cada catião.

Exprimir os resultados em mg/L do catião pretendido (cálcio, magnésio, sódio e

potássio). Este é obtido diretamente pelo aparelho, após leitura dos padrões e da

construção da reta de calibração.

ANEXOS

134

Anexo XIII – Determinação da concentração de ácido peracético

Reagentes

KMnO4 0,1N

H2SO4 25%(v/v) ou 6N

Na2S2O3 0,02N

KI cristais

Pasta de Amido 1%

Material

1 frasco cónico 250mL

2 pipetas graduadas de 5mL

1 bureta de 0 a 25mL

1 bureta de 0 a 50mL

1 placa de agitação magnética

1 espátula de ácido inoxidável

Análise

Colocar 10 ml de solução num frasco cónico (amostrado em V)

Adicionar 5 ml de ácido sulfúrico H2SO4 a 25%

Titular com permanganato de potássio KMnO4 0,1 N (N1) até obter uma coloração

rosa pálida

(interromper a titulação com o surgimento da primeira “gota rosa”).

Anotar o volume adicionado (V1).

Adicionar rapidamente iodeto de potássio KI em cristais com a ponta da espátula (a

solução adquire uma coloração amarela).

Aguardar 1 minuto enquanto mistura.



Adicionar 2 ml de solução de pasta de amido (necessária se pretender aumentar o

contraste durante a titulação).

Titular com a solução de tiossulfato de sódio Na2S2O3 0,02 N (N2) até a coloração

amarela ou azul (no caso de adicionar pasta de amido) desaparecer na totalidade.

Anotar o volume adicionado (V2).

Cálculos:

ppm

Equação 7.6

ppm

Equação 7.7

ANEXOS

136

Anexo XIV – Determinação dos SST nas águas residuais

Método

Calcinar a membrana filtrante de 0,45μm, numa caixa de petri, a 105ᵒC durante uma

hora.

Figura 7.5 – Pormenor da estufa de secagem.

Retirar, levar ao excicador durante 45 minutos e pesar.

Filtrar um volume conveniente de amostra.

Figura 7.6 – Processo de filtragem na determinação dos SST.

Resultados:

SST mg/L massafinal massainicial

volumeamostra 1000000 Equação 7.7



Anexo XV – Determinação da CBO5 pelo método OXITOP

Preparação da amostra

Sendo necessário inibir a nitrificação, pode-se utilizar aliltioureia (1 mg/L).

Com amostras contendo substâncias tóxicas para os microrganismos, a

determinação da CBO pode ser completamente inibida. Eventualmente, uma diluição

adequada pode tornar possível a análise, se a concentração final já não tiver um

efeito tão intenso de inibição. À partida, assume-se que não há tóxicos em

concentrações inibidoras, mas faz-se a diluição referida anteriormente.

O volume de amostra que se deve utilizar é retirado da Tabela 7.1. Ter uma

estimativa da CBO5, baseada na CQO, facilita a escolha do volume adequado.

Pode-se considerar que a CBO5 é aproximadamente 80% da CQO. Na dúvida,

praticam-se vários volumes e escolhe-se o mais correto, no fim.

Tabela 7.1 – Relação entre os intervalos de medição da CBO e respetivos volumes e fatores.

Volume

amostra

(mL)

Intervalo Medição

(mg/L) Fator

432 0 – 40 1

365 0 – 80 2

250 0 – 200 5

164 0 – 400 10

97 0 – 800 20

43,5 0 – 2000 50

Reagentes

Inóculo

Juntar 100 g de terra de jardim húmida, a 1 L de água; misturar e deixar repousar

durante 10 min; tomar 100 mL do líquido sobrenadante e diluir até 1 L com água;

Soluções salinas

Estas soluções produzem um balanço osmótico, tamponizam o pH e fornecem os

nutrientes essenciais e vestígios de metais à água destilada. Após preparação, são

ANEXOS

138

estáveis durante pelo menos um mês e devem ser conservadas em frascos de vidro

na obscuridade.

Rejeitar soluções que mostram sinais de precipitação ou crescimento biológico.

Solução tampão de fosfato

8,5g KH2PO4

21,75g K2HPO4

33,4g Na2HPO4.7H2O

1,7g NH4Cl

Dissolver em 500mL água destilada e diluir a 1000mL. O pH desta solução tampão

deve ser 7,2, sem ajuste posterior.

Conservar no frigorífico.

Solução de sulfato de magnésio

Dissolver 22,5g de MgSO4.7H2O em água destilada e diluir a 1000mL.

Solução de cloreto de cálcio

Dissolver 27,0g de CaCl2, ou o equivalente se for utilizado cloreto de cálcio

hidratado, em água destilada e diluir a 1000mL.

Solução de cloreto de ferro (III)

Dissolver 0,25g de FeCl3.6H2O em água destilada e diluir a 1000mL.

Água de diluição

Diluir 1 mL de cada uma das 4 soluções salinas em 1000 mL de água destilada e

homogeneizar. Preparar entre 6 L e 8 L para todas as análises. Levar e manter a

solução a cerca de 20 °C. Medir o OD e arejar até que OD ≥ 8 mg/L. Tomar todas as

precauções para não contaminar a água de diluição com matérias orgânicas,

matérias oxidantes ou redutoras, ou metais. A água de diluição assim preparada

deve ser utilizada nas 8 h seguintes.



Água de diluição inoculada

Juntar a cada litro de água de diluição uma quantidade de inóculo igual a 50 mL.

Manter a água de diluição assim obtida a, aproximadamente, 20 °C e utilizá-la dentro

de 8 h. A CBO5 desta água inoculada deve estar compreendida entre 0.3 mg/L e 1

mg/L.

Ensaio de controlo

Para verificar a água de diluição inoculada, o inóculo propriamente dito, e a técnica

do analista, efetuar um ensaio de controlo com a solução de glucose e ácido

glutâmico, com água de diluição inoculada. A CBO5 obtida deve estar compreendida

entre 180 mg/L e 230 mg/L. A CBO5 fornecida pela água de diluição será

insignificante em relação ao conteúdo em glucose e ácido glutâmico. Caso o valor

caia fora daquele intervalo, é necessário verificar a água de inoculação e, se

necessário, a técnica do analista.

Solução-padrão de glucose e ácido glutâmico

Secar glucose desidratada e ácido glutâmico, a 105 °C, durante 1 h. Pesar 150,0 mg

de cada produto, dissolvê-los em água, diluir até 1000 mL e homogeneizar. Preparar

esta solução imediatamente antes de a utilizar.

Cálculos

Decorridos cinco dias, faz-se a leitura dos valores armazenados, premindo S,

sucessivamente, e esperando pelos valores.

Figura 7.6 – Modo de leitura dos medidores.

ANEXOS

140

Se surgir um , não há valor desse dia. O símbolo LO significa baterias baixas. − e

− significam, pela ordem, valor demasiado alto (> 50), e demasiado baixo (< 0).

Para o cálculo da CBO5 em cada frasco, basta multiplicar o valor dos dígitos do dia

5, pelo fator correspondente da tabela referida anteriormente. Se a amostra tiver

sido diluída (com água sem CBO5), multiplica-se ainda pelo fator de diluição. Os

cinco valores permitem construir a curva de evolução nos cinco dias,

correspondentes à CBO1, CBO2 e assim sucessivamente até à CBO5.



Anexo XVI – Anexo XVIII do Decreto de Lei nº 236/98 de 1 de Agosto, que

define os valores limites de emissão (VLE) na descarga de águas residuais.

ANEXOS

142

Anexo XVII – Licença de descarga nº 687/2011, Proc. LFI nº DHA-2005-0068,

com validade até 30 de setembro de 2016, para a ETAR Cruzeiro.

ANEXOS

144

caracterização e otimização do circuito de águas...

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