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
x
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
xii
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
Ricardo Jorge Neves Gomes 3
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
Ricardo Jorge Neves Gomes 5
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
Ricardo Jorge Neves Gomes 7
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
Ricardo Jorge Neves Gomes 9
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)).
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso
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)).
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso CAPÍTULO 2
Ricardo Jorge Neves Gomes 11
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.
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso
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.
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso CAPÍTULO 2
Ricardo Jorge Neves Gomes 13
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.
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso
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.
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso CAPÍTULO 2
Ricardo Jorge Neves Gomes 15
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.
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso
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
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso CAPÍTULO 2
Ricardo Jorge Neves Gomes 17
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).
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso
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.
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso CAPÍTULO 2
Ricardo Jorge Neves Gomes 19
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.
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso
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.
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso CAPÍTULO 2
Ricardo Jorge Neves Gomes 21
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.
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso
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.
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso CAPÍTULO 2
Ricardo Jorge Neves Gomes 23
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.
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso
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.
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso CAPÍTULO 2
Ricardo Jorge Neves Gomes 25
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.
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso
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.
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso CAPÍTULO 2
Ricardo Jorge Neves Gomes 27
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).
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso
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).
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso CAPÍTULO 2
Ricardo Jorge Neves Gomes 29
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.
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso
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.
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso CAPÍTULO 2
Ricardo Jorge Neves Gomes 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.
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso
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.
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso CAPÍTULO 2
Ricardo Jorge Neves Gomes 33
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).
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso
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).
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso CAPÍTULO 2
Ricardo Jorge Neves Gomes 35
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
Caracterização da Linha Asséptica da Sociedade da Água de Luso
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
Ricardo Jorge Neves Gomes 37
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
Ricardo Jorge Neves Gomes 39
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.
Caracterização dos efluentes gerados na linha L05C
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.
Caracterização dos efluentes gerados na linha L05C CAPÍTULO 3
Ricardo Jorge Neves Gomes 41
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).
Utilizaram-se os seguintes reagentes, todos da Merck:
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).
Utilizaram-se os seguintes reagentes, todos da Merck:
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).
Utilizaram-se os seguintes reagentes, todos da Merck:
Solução padrão multi-elementos;
Solução padrão de cálcio 1000 ppm;
Solução padrão de magnésio 1000 ppm;
Solução padrão de sódio 1000 ppm;
Caracterização dos efluentes gerados na linha L05C
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.
Utilizaram-se os seguintes reagentes, todos da Merck:
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).
Utilizaram-se os seguintes reagentes, todos da Merck:
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;
Caracterização dos efluentes gerados na linha L05C CAPÍTULO 3
Ricardo Jorge Neves Gomes 43
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
Enxaguamento inicial
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
Enxaguamento inicial
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.
Caracterização dos efluentes gerados na linha L05C
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
Ricardo Jorge Neves Gomes 45
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
Ricardo Jorge Neves Gomes 47
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.
Otimização do circuito da água de enxaguamento
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:
Otimização do circuito da água de enxaguamento CAPÍTULO 4
Ricardo Jorge Neves Gomes 49
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;
Q5 – Caudal do líquido que permanece no interior das garrafas,
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,
Otimização do circuito da água de enxaguamento
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
Otimização do circuito da água de enxaguamento CAPÍTULO 4
Ricardo Jorge Neves Gomes 51
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.
Otimização do circuito da água 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.
Otimização do circuito da água de enxaguamento CAPÍTULO 4
Ricardo Jorge Neves Gomes 53
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;
C1 – Concentração de PAA presente na corrente Q1;
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;
C3 – Concentração de PAA presente na corrente Q3;
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;
Otimização do circuito da água de enxaguamento
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;
Q4 – Caudal do líquido que permanece no interior das garrafas,
provenientes da roda A;
C4 – Concentração de PAA presente na corrente Q4;
Q5 – Caudal do líquido que permanece no interior das garrafas,
provenientes da roda B;
C5 – Concentração de PAA presente na corrente Q5;
Q6 – Caudal recuperado para o enxaguamento na roda A, proveniente
da roda B;
C6 – Concentração de PAA presente na corrente Q6;
Efetuaram-se então os balanços materiais seguintes:
Balanço mássico ao ácido peracético correspondente ao sistema de
enxaguamento,
Equação 4.15
Balanço material correspondente à roda de enxaguamento A,
Equação 4.16
Balanço material correspondente à roda de enxaguamento B,
Equação 4.17
Balanço material correspondente ao ponto de junção P1,
Equação 4.18
Otimização do circuito da água de enxaguamento CAPÍTULO 4
Ricardo Jorge Neves Gomes 55
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
Otimização do circuito da água de 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
Otimização do circuito da água de enxaguamento CAPÍTULO 4
Ricardo Jorge Neves Gomes 57
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
Otimização do circuito da água de enxaguamento
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.
Otimização do circuito da água de enxaguamento CAPÍTULO 4
Ricardo Jorge Neves Gomes 59
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;
C1 – Concentração de PAA presente na corrente Q1;
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;
C3 – Concentração de PAA presente na corrente Q3;
Q4 – Caudal do líquido que permanece no interior das garrafas,
provenientes da roda A;
C4 – Concentração de PAA presente na corrente Q4;
Q5 – Caudal do líquido que permanece no interior das garrafas,
provenientes da roda B;
C5 – Concentração de PAA presente na corrente Q5;
Procedeu-se aos balanços mássicos, à semelhança da situação inicial,
Balanço material correspondente ao sistema de enxaguamento,
Equação 4.33
Balanço material correspondente à roda de enxaguamento A,
Equação 4.34
Balanço material correspondente à roda de enxaguamento B,
Equação 4.35
Otimização do circuito da água de enxaguamento
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:
Otimização do circuito da água de enxaguamento CAPÍTULO 4
Ricardo Jorge Neves Gomes 61
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
Otimização do circuito da água de enxaguamento
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.
Otimização do circuito da água de enxaguamento CAPÍTULO 4
Ricardo Jorge Neves Gomes 63
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.
Otimização do circuito da água de enxaguamento
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.
Otimização do circuito da água de enxaguamento CAPÍTULO 4
Ricardo Jorge Neves Gomes 65
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.
Otimização do circuito da 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
Otimização do circuito da água de enxaguamento CAPÍTULO 4
Ricardo Jorge Neves Gomes 67
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
Otimização do circuito da água de enxaguamento
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
Ricardo Jorge Neves Gomes 69
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
Ricardo Jorge Neves Gomes 71
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.
Monitorização da ETAR do Cruzeiro
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
Monitorização da ETAR do Cruzeiro CAPÍTULO 5
Ricardo Jorge Neves Gomes 73
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.
Monitorização da ETAR do Cruzeiro
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.
Monitorização da ETAR do Cruzeiro CAPÍTULO 5
Ricardo Jorge Neves Gomes 75
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
Monitorização da ETAR do Cruzeiro
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.
Monitorização da ETAR do Cruzeiro CAPÍTULO 5
Ricardo Jorge Neves Gomes 77
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.
Monitorização da ETAR do Cruzeiro
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
Monitorização da ETAR do Cruzeiro CAPÍTULO 5
Ricardo Jorge Neves Gomes 79
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
Monitorização da ETAR do Cruzeiro
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).
Monitorização da ETAR do Cruzeiro CAPÍTULO 5
Ricardo Jorge Neves Gomes 81
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
Monitorização da ETAR do Cruzeiro
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.
Monitorização da ETAR do Cruzeiro CAPÍTULO 5
Ricardo Jorge Neves Gomes 83
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
Realização do ciclo AIC soda
Monitorização da ETAR do Cruzeiro
84
Dia 8 de Junho de 2011:
Produção de 2000 PACK GFA 24X0,33L LUSO DE FRUTA F.VERMEL
Realização do ciclo AIC soda
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.
Dia 7 de Junho de 2011:
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.
Monitorização da ETAR do Cruzeiro CAPÍTULO 5
Ricardo Jorge Neves Gomes 85
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.
Monitorização da ETAR do Cruzeiro
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.
Monitorização da ETAR do Cruzeiro CAPÍTULO 5
Ricardo Jorge Neves Gomes 87
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.
Monitorização da ETAR do Cruzeiro
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 -
Monitorização da ETAR do Cruzeiro CAPÍTULO 5
Ricardo Jorge Neves Gomes 89
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.
Dia 8 de Junho de 2011:
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
Monitorização da ETAR do Cruzeiro
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
Monitorização da ETAR do Cruzeiro CAPÍTULO 5
Ricardo Jorge Neves Gomes 91
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.
Monitorização da ETAR do Cruzeiro
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.
Monitorização da ETAR do Cruzeiro CAPÍTULO 5
Ricardo Jorge Neves Gomes 93
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.
Monitorização da ETAR do Cruzeiro
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.
Monitorização da ETAR do Cruzeiro CAPÍTULO 5
Ricardo Jorge Neves Gomes 95
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.
Monitorização da ETAR do Cruzeiro
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
Monitorização da ETAR do Cruzeiro CAPÍTULO 5
Ricardo Jorge Neves Gomes 97
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).
Monitorização da ETAR do Cruzeiro
98
CAPÍTULO 6
Ricardo Jorge Neves Gomes 99
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
Ricardo Jorge Neves Gomes 101
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.
102
Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ANEXOS
Ricardo Jorge Neves Gomes 103
ANEXOS
Anexo I – Ficha técnica da solução ácida
ANEXOS
104
Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ANEXOS
Ricardo Jorge Neves Gomes 105
ANEXOS
106
Anexo II – Ficha técnica da solução de soda.
Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ANEXOS
Ricardo Jorge Neves Gomes 107
ANEXOS
108
Anexo III – Ficha técnica da espuma alcalina
Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ANEXOS
Ricardo Jorge Neves Gomes 109
ANEXOS
110
Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ANEXOS
Ricardo Jorge Neves Gomes 111
ANEXOS
112
Anexo IV – Ficha técnica do agente esterilizante (PAA)
Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ANEXOS
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ANEXOS
114
Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ANEXOS
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ANEXOS
116
Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ANEXOS
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Anexo V – Ficha técnica do agente humidificante
ANEXOS
118
Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ANEXOS
Ricardo Jorge Neves Gomes 119
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.
Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ANEXOS
Ricardo Jorge Neves Gomes 121
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)
Água destilada qbp 1000mL
Solução de ferroine:
1,485g de 1.10-phenanthroline
0,695g de sulfato de ferro
Água destilada qbp 1000mL
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.
Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ANEXOS
Ricardo Jorge Neves Gomes 123
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
Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ANEXOS
Ricardo Jorge Neves Gomes 125
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;
Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ANEXOS
Ricardo Jorge Neves Gomes 127
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
Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ANEXOS
Ricardo Jorge Neves Gomes 129
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.
Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ANEXOS
Ricardo Jorge Neves Gomes 131
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.
Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ANEXOS
Ricardo Jorge Neves Gomes 133
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.
Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ANEXOS
Ricardo Jorge Neves Gomes 135
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
Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ANEXOS
Ricardo Jorge Neves Gomes 137
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.
Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ANEXOS
Ricardo Jorge Neves Gomes 139
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.
Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ANEXOS
Ricardo Jorge Neves Gomes 141
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.
Caracterização e otimização do circuito de águas industriais da linha asséptica da SAL ANEXOS
Ricardo Jorge Neves Gomes 143
ANEXOS
144