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PARECER TÉCNICO-CIENTÍFICO ATECEL/UFCG
TÍTULO: Avaliação da segurança do processo produtivo, tratamento de efluentes e gestão de águas atestando a capacidade da Alunorte operar em diferentes níveis de produção, considerando a possibilidade de chuvas extremas. SOLICITANTE: Norsk Hydro Brasil Ltda PARECERISTAS: Prof. Dr. Gilmar Trindade de Araújo (CRQ: 19200316 XIX Região) Prof. Dr. Romildo Pereira Brito (CREA: 1606288636 PB) DATA DE EMISSÃO: 26/11/2018 OBJETIVO GERAL: Apresentar os resultados da avaliação dos sistemas de armazenamento, de bombeamento
e de tratamento de efluente, concluindo sobre a capacidade da empresa Alunorte operar em diferentes níveis de
produção (considerando os anos de 2017 e 2018), levando em conta a possibilidade de chuva extrema e a vazão
de efluente gerado pela refinaria.
ÍNDICE
1 Entidade Parecerista
2 Sumário Executivo
3 Introdução
4 Contextualização – Evento dos dias 16 e 17 de Fevereiro de 2018
5 Objetivos Específicos
6 Descritivo Sumarizado do Processo de Produção de Alumina
7 Dados de Projeto, Estimativas e Implementação computacional
8 Resultados para os Cenários Avaliados
8 Conclusões
9 Referências Bibliográficas
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Lista de Tabelas Tabela 1 – Volume das bacias do DRS1 em fevereiro de 2018. .......................................................................... 28 Tabela 2 – Volume das bacias do DRS2 em fevereiro de 2018. .......................................................................... 28 Tabela 3 – Volume das bacias da ETEI em fevereiro de 2018. ............................................................................ 28 Tabela 4 – Volume das bacias dos sumps em fevereiro de 2018. ....................................................................... 29 Tabela 5 – Capacidade de processamento da ETEI em fevereiro de 2018. ........................................................ 29 Tabela 6 – Área de captação do DRS1 em fevereiro de 2018. ............................................................................ 29 Tabela 7 – Área de captação do DRS2 em fevereiro de 2018. ............................................................................ 29 Tabela 8 – Área de captação das bacias da ETEI em fevereiro de 2018. ............................................................ 29 Tabela 9 – Área de captação das bacias dos sumps em fevereiro de 2018. ....................................................... 30 Tabela 10 – Capacidade de Bombeamento em fevereiro de 2018. ...................................................................... 30 Tabela 11 – Volume das bacias em dezembro de 2018. ...................................................................................... 33 Tabela 12 – Capacidade de bombeamento em dezembro de 2018. .................................................................... 34 Tabela 13 – Área de captação das bacias dos sumps em dezembro de 2018 e maio de 2019 (Fonte: Relatório Pimenta de Ávila). .................................................................................................................................................. 35 Tabela 14 – Capacidade de processamento em maio de 2019. ........................................................................... 35 Tabela 15 – Capacidade de bombeamento em maio de 2019. ............................................................................ 35 Tabela 16 – Intensidades de chuvas intensas para o município de Barcarena. ................................................... 42
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Lista de Figuras Figura 1 – Unidade Industrial da Alunorte. ...............................................................................................................9 Figura 2 – Precipitação pluviométrica da refinaria em fevereiro de 2018, de acordo com as informações da estação pluviométrica da Alunorte. ..................................................................................................................................... 13 Figura 3 – Imagem da área do sump 45 que mostra o acúmulo de água de chuva dentro da Alunorte: a) em 17/02/2018; b) em 31/10/2018; c) localização na área da refinaria. ..................................................................... 14 Figura 4 – Detalhes do DRS2. ............................................................................................................................... 15 Figura 5 – Detalhes do DRS2 mostrando extravasamento entre canais. ............................................................. 15 Figura 6 – Canais “velho” e “novo”. ....................................................................................................................... 16 Figura 7 – Tubulação externa à área do sump 45. ............................................................................................... 17 Figura 8 – Fluxograma simplificado do Processo Bayer. ...................................................................................... 20 Figura 9 – Divisão do processo Bayer entre as áreas vermelha e branca. .......................................................... 22 Figura 10 – Lama vermelha após filtração no filtro tambor (a) e no filtro prensa (b). ........................................... 23 Figura 11 – Etapas do tratamento dos resíduos sólidos. ...................................................................................... 24 Figura 12 – Vista panorâmica do sistema de coleta de efluentes da planta industrial e águas pluviais. ............. 26 Figura 13 – Bacias do DRS1. ................................................................................................................................ 27 Figura 14 – Bacias do DRS2 ................................................................................................................................. 28 Figura 15 – Disposição das Bacias do DRS1 e DRS2. ......................................................................................... 31 Figura 16 – PFD do circuito de efluente em fevereiro de 2018. ............................................................................ 32 Figura 17 – PFD do circuito de efluente em dezembro de 2018. .......................................................................... 33 Figura 18 – PFD do circuito de efluente em maio de 2019. .................................................................................. 34 Figura 19 – Vazão diária de efluente tratado no ano de 2017. ............................................................................. 37 Figura 20 – Precipitação pluviométrica do ano de 2017. ...................................................................................... 38 Figura 21 – Vazão diária de efluente tratado entre março e outubro de 2018. .................................................... 39 Figura 22 – Precipitação pluviométrica do ano de 2018. ...................................................................................... 39 Figura 23 – Precipitação mensal média na cidade de Barcarena (1970 a 2007). http://seirh.semas.pa.gov.br:81/SISMET/faces/climatologico/ Acesso em 05/11/2018 as 16:18 ......................... 43 Figura 24 – Perfil da precipitação pluviométrica entre 16 e 17 de fevereiro de 2018, conforme informações da estação pluviométrica da Alunorte. ....................................................................................................................... 43 Figura 25 – Fluxograma de processo para fevereiro de 2018. ............................................................................. 46 Figura 26 – Fluxograma de processo para dezembro de 2018. ........................................................................... 46 Figura 27 – Fluxograma de processo para maio de 2019..................................................................................... 47 Figura 28 – Tela do Aspen™ mostrando o comportamento de variáveis ao longo do tempo. ............................. 48 Figura 29 – Linhas de comando para implementação de uma task. .................................................................... 49 Figura 30 – Linhas de comando para implementação de uma constraints. .......................................................... 49 Figura 31 – Nível das bacias durante o evento dos dias 16 e 17 de fevereiro de 2018, considerando o PFD de fevereiro de 2018. .................................................................................................................................................. 54 Figura 32 – Água acumulada dentro da Alunorte durante o evento dos dias 16 e 17 de fevereiro de 2018, considerando o PFD de fevereiro de 2018. ........................................................................................................... 55 Figura 33 – Vazão de efluente oriunda da refinaria, vazão de água gerada pela chuva durante o evento dos dias 16 e 17 de fevereiro de 2018 e validação do perfil da chuva, considerando o PFD de fevereiro de 2018. ......... 55 Figura 34 – Capacidade operacional da ETEI durante o evento dos dias 16 e 17 de fevereiro de 2018, considerando o PFD de fevereiro de 2018. ........................................................................................................... 55 Figura 35 – Nível das bacias e sumps para o aumento na vazão de efluente, considerando o PFD de fevereiro de 2018. ...................................................................................................................................................................... 56 Figura 36 – Vazão de efluente e de água de chuva e percentual de uso da ETEI, considerando o PFD de fevereiro de 2018. ................................................................................................................................................................. 57
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Figura 37 – Nível das bacias considerando o evento dos dias 16 e 17 de fevereiro de 2018, nova área de captação, nova capacidade de bombeamento e o PFD de dezembro de 2018. ................................................................... 58 Figura 38 – Perfil da chuva de 22,7 mm/h por 12 h e água acumulada. .............................................................. 59 Figura 39 – Vazão gerada pela refinaria e pela chuva de 22,77 mm/h por 12 h. ................................................. 59 Figura 40 – Nível das bacias considerando chuva de 23 mm/h por 12 h, a nova capacidade de bombeamento, nova área de captação e o PFD de dezembro de 2018. ....................................................................................... 60 Figura 41 – Nível das bacias considerando chuva de 12,86 mm/h por 24 h, a nova capacidade de bombeamento, nova área de captação e o PFD de dezembro de 2018. ....................................................................................... 61
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1. ENTIDADE PARECERISTA
A Associação Técnico Científica Ernesto Luiz de Oliveira Júnior (ATECEL®) é uma entidade de direito privado,
sem fins lucrativos, fundada por professores da antiga Escola Politécnica da Universidade Federal da Paraíba em
05 de agosto de 1967 e cujo nome é uma homenagem ao Professor Ernesto Luiz de Oliveira Júnior.
A finalidade básica da ATECEL® é apoiar e viabilizar os programas de Pesquisa e Extensão de Universidades e
Institutos de Pesquisa. Todavia, também presta serviços de consultoria, elaboração de projetos e treinamento de
pessoal nas diversas áreas do conhecimento, cuja interação é viabilizada através de convênios ou contrato. Os
processos de articulação proporcionam a oportunidade para que os vários setores da universidade desenvolvam
programas de pesquisas e de prestação de serviços, viabilizando a Universidade a cumprir o seu papel com a
sociedade.
A ATECEL® desenvolve projetos (cálculo e fiscalização), treinamento de pessoal e pesquisa nas áreas de:
Engenharia Química, Engenharia Elétrica, Engenharia Civil, Engenharia Mecânica, Mineração e Geologia,
Sistemas de Computação e Engenharia de Materiais, entre outras. A atuação nessas áreas, resultou em notável
experiência da ATECEL® na execução de projeto com entidades expoentes do Brasil, a citar: Petrobras, CSN,
Suzano Celulose, Votorantim Metais, Braskem, Alcoa, Chesf, Eletrobrás, Aperam, Vallourec & Sumitomo,
Clariant, General Motors, ANEEL, ANA, CNI e FINEP. A atuação da ATECEL® na execução de projetos nessas
áreas é resultado da grande diversidade de expertise dos professores da UFCG, que por Lei são permitidos a
atuarem em conjunto com a ATECEL®.
A Lei No 8958 de 20 de dezembro de 1994 dispõe sobre as relações entre as instituições federais de ensino
superior e de pesquisa científica e tecnológica e as fundações de apoio. A revalidação do reconhecimento da
ATECEL® como entidade de apoio à Universidade Federal de Campina Grande (UFCG) ocorreu em 12 de
fevereiro de 2007, em reunião do Colegiado Pleno do Conselho Universitário.
Desde 2014 ATECEL® atua na implementação de Programas de Eficiência Energética (EE) no Brasil, através de
simulações e otimizações dos processos e seus sistemas auxiliares.
Associação Técnico Científica Ernesto Luiz de Oliveira Júnior – ATECEL® CNPJ: 08.846.230/0001-88 Rua Aprígio Veloso, 882 Campina Grande – PB CEP: 58429-140 Fone: (83) 3310-1064 www.atecel.org.br
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2. SUMÁRIO EXECUTIVO Como parte do Contrato de Prestação de Serviços 4600006981 assinado com a ATECEL®, em setembro de 2018
e válido por 18 meses, esse relatório apresenta os resultados obtidos na avaliação dos sistemas de
armazenamento, bombeamento e tratamento de efluentes da Alunorte, localizada em Barcarena - PA.
Num primeiro momento, a equipe da ATECEL®, constituída por 14 pessoas, entre acadêmicos e profissionais do
mercado, e coordenada pelos professores Dr. Romildo Pereira Brito e Dr. Gilmar Trindade de Araújo, ambos da
UFCG, se reuniram pela primeira vez com engenheiros da Alunorte, com objetivo de conhecer os detalhes do
evento ocorrido entre a noite do dia 16 e a manhã do dia 17 de fevereiro de 2018.
A partir da reunião supracitada, deu-se inicio à fase de aquisição de informações e dados técnicos sobre o sistema
na época do evento, e como o mesmo ficará em dezembro de 2018 e em maio de 2019. Foram obtidos dados
sobre capacidades de armazenamento, de processamento e de bombeamento entre bacias e sumps; bem como
informações sobre as manobras entre esses.
A etapa seguinte foi a elaboração dos fluxogramas de processo (PFDs) referentes a fevereiro e dezembro de
2018, e maio de 2019; períodos com diferentes configurações (incluindo conexões) de armazenamento,
bombeamento e/ou tratamento de efluente. Os PFDs foram validados pela equipe de engenheiros da Alunorte e
em seguida implementados no software Aspen™ (Plus e Dynamics).
Para implementação em Aspen™, foi necessário calcular a vazão de efluente da refinaria e a vazão causada pela
precipitação pluviométrica.
Paralelamente, o trabalho incluiu diversas visitas in loco às áreas da refinaria, das Estações de Tratamento de
Efluentes Industriais (ETEI) e dos Depósitos de Resíduos Sólidos (DRS), quando foram obtidos registros
fotográficos, os quais são apresentados ao longo do relatório.
O modelo, implementado Aspen™, consegue reproduzir com precisão satisfatória do ponto de vista científico, os
acontecimentos entre os dias 16 e 17 de fevereiro de 2018, de modo que permite responder questionamentos a
partir de diferentes cenários de capacidades de armazenamento, bombeamento e tratamento de efluentes, além
de níveis de produção de alumina e precipitação pluviométrica.
Entre às 22h00m do dia 16/02/2018 e às 06h00m do dia 17/02/2018, após intensa precipitação pluviométrica, o
excesso de água de chuva na planta da Alunorte foi escoado através do canal velho. A decisão de usar o canal
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velho para escoar o excesso de chuva, na avaliação dos pareceristas, foi a mais adequada diante das
circunstâncias.
Os resultados das simulações computacionais mostram que as bacias do DRS1 e do DRS2 não transbordaram
em fevereiro de 2018.
Logo após os eventos, em cumprimento às determinações dos órgãos fiscalizadores competentes, a Alunorte
passou a operar com nível de produção de 50% de sua capacidade. Entretanto, os resultados das simulações
mostram que a redução do nível de produção de alumina da Alunorte não representa aumento na segurança
operacional, visto que a capacidade de processamento da ETEI é significativamente maior do que a vazão de
efluente gerada pela refinaria, e que esta tem baixa sensibilidade à variação do nível de produção.
Em fevereiro de 2018, a vazão de efluente gerada pela refinaria (2.100 m3/h, conforme metologia de cálculo usada
nesse trabalho) usava aproximadamente 20% da capacidade da ETEI (9.500 m3/h), sendo o restante destinado
ao processamento do efluente gerado pela precipitação pluviométrica.
Com as novas capacidades de armazenamento e bombeamento, disponíveis em dezembro de 2018, não haverá
necessidade de utilização do canal velho para escoamento de excesso de água de chuva, para uma precipitação
pluviométrica similar à ocorrida nos dias 16 e 17 de fevereiro de 2018, bem como para chuvas com tempo de
retorno igual à 10.000 e 5.000 anos, com duração de 12 e 24 h, respectivamente.
Após a conclusão da instalação da nova unidade de ETEI, em maio de 2019, haverá um aumento de,
aproximadamente, 50% na capacidade de processamento de efluente, que passará de 9.500 m3/h para 14.000
m3/h. Quando considerada a nova capacidade, a vazão de efluente gerado pela refinaria representará no máximo
15% da capacidade da ETEI.
Os resultados das simulações indicam, de forma precisa, que os projetos de melhoria nas três frentes citadas
(armazenamento, bombeamento e tratamento), estão adequados e garantem a segurança das operações da
Alunorte. Especificamente, as melhorias foram testadas para chuvas com tempo de retorno igual à 10.000 e 5.000
anos, com duração de 12 e 24 h, respectivamente; e os resultados obtidos através de simulações mostram que
não é necessário o uso do canal velho para escoamento de água de chuva.
As melhorias implementadas ou em implementação na Alunorte atende a NBR 13028 de 2017, à qual estabelece
que os sistemas extravasores de estruturas geotécnicas com Dano Potencial alto devem ser dimensionados para
um tempo de retorno de 1.000 anos ou superior, durante o período operacional da estrutura; e de 10.000 anos
ou superior para o período de fechamento da estrutura.
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Os procedimentos operacionais (manobras de válvulas e comportas) devem ser claros e simples, com
treinamento frequente, para garantir que em momentos de emergência, o sistema esteja operando conforme o
previsto.
Com base nas informações obtidas com a Alunorte e nos resultados das simulações computacionais, os
pareceristas afirmam que os projetos de melhorias atualmente em execução nas áreas de tratamento,
armazenagem e bombeamento de efluentes estão corretamente dimensionados para suportar eventos de chuvas
extremas, sem a necessidade de utilização do canal velho para escoamento de excesso de água de chuva, desde
que os procedimentos operacionais sejam seguidos pela Alunorte.
Os pareceristas concluem que, atualmente, do ponto de vista do gerenciamento de efluente, é seguro a Alunorte
produzir na taxa nominal de projeto de 6,3 milhões de toneladas métricas de alumina por ano. Com os projetos
de melhorias que estão sendo implementados, a Alunorte está preparada para possíveis futuras mudanças
climáticas, que poderiam ocasionar eventos mais frequentes de chuvas extremas, já a partir de dezembro de
2018.
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3. INTRODUÇÃO A Alunorte é a refinaria de alumina com a maior capacidade de produção mundial e está localizada no Estado do
Pará, mais especificamente no polo industrial da cidade de Barcarena, conforme mostra a Figura 1. Idealizada
ainda no ano de 1978, a partir de um acordo entre os governos do Brasil e do Japão, e com a participação da
Companhia Vale do Rio Doce (CVRD), foi criada como forma de assegurar o ciclo de produção do alumínio no
estado, dando início às suas operações em 1995, com 450 profissionais.
Figura 1 – Unidade Industrial da Alunorte.
Desde o início da sua produção, a empresa passou por três ciclos de expansões, concluídas nos anos de 2003,
2006 e 2008, tornando possível a elevação da sua capacidade nominal de produção de 1,1 Mt/ano para 6,3
Mt/ano de alumina, gerando cerca de 8.000 empregos diretos e indiretos, tendo, em sua maioria, funcionários
paraenses (Alunorte, 2018a).
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Em termos financeiros, a primeira expansão exigiu um investimento de US$ 264 milhões, permitindo um aumento
de produção para 2,5 Mt/ano de alumina. Na sequência, a segunda expansão, concluída em 2006, destacou-se
por colocar a Alunorte na posição de liderança na produção mundial de alumina a partir de um investimento de
US$ 768 milhões, elevando a capacidade de produção para 4,4 Mt/ano. A última expansão, aprovada ainda em
2005, implicou no maior investimento realizado até então, com o valor de US$ 846 milhões, e garantiu o aumento
da capacidade produtiva para o nível atual, de 6,3 Mt/ano (Alunorte 2018b).
Em 2011, o Grupo da empresa norueguesa Norsk Hydro comprou as ações da Vale e de outras três empresas
ligadas à cadeia de produção de alumínio no Pará (Mineração Paragominas, Albrás e CAP), em um processo
produtivo verticalizado de ativos integrados, operando desde a mineração de bauxita até a elaboração de
produtos acabados de alumínio. Assim, a Norsk Hydro firmou posição em três regiões mundiais estrategicamente
importantes e ricas em recursos minerais: Brasil, norte da Europa e Catar. A Norsk Hydro é uma companhia
multinacional presente em 40 países, operando há 85 anos na produção de alumínio e energia elétrica.
A refinaria da Alunorte está inserida em um complexo que envolve toda a cadeia de produção do alumínio, desde
Paragominas, onde se realiza a extração da bauxita, passando pela refinaria onde há a etapa de transformação
da bauxita em alumina e a Albrás, unidade que recebe parte da produção de alumina da Alunorte e a utiliza para
a produção de cerca de 460 mil toneladas de alumínio, sendo a segunda maior produtora de alumínio do Brasil.
O alumínio é o terceiro principal produto da balança comercial do Pará e representa 6,7% das exportações do
estado, ficando atrás apenas do minério de ferro (57%) e do minério de cobre (14%). Atualmente, a Alunorte é a
27ª maior exportadora do país, posto que ocupa após o embargo judicial de 01/03/2018, que determinou o nível
de produção em 50% de sua capacidade – anteriormente a Alunorte ocupava a 14ª posição.
De acordo com levantamento realizado pelo IBGE referente ao ano de 2017, a Alunorte respondeu por 63,5% do
Produto Interno Bruto do município de Barcarena – PA. Quando se considera a produção de alumínio e inclui-se
o setor de serviços, a cadeia do alumínio atinge 89% o PIB da cidade, onde 50% da arrecadação de tributos pela
Prefeitura de Barcarena são provenientes das atividades da refinaria.
A Alunorte entrou em evidência nacional nos últimos meses, após eventos de chuva intensa ocorridos nos dias
16 e 17 de fevereiro de 2018 na região de Barcarena, sendo observado o alagamento da região e da planta da
Alunorte. Durante os eventos, o sistema de tratamento de água da planta, que recebe tanto os efluentes do
processo da refinaria como a água das bacias de armazenamento de água pluvial, operou em sua capacidade
máxima. Devido às hipóteses de vazamento, contaminação local e lançamento de efluentes não-tratados no rio
Pará, uma série de vistorias nas instalações da Alunorte, foi realizada pelas autoridades competentes.
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No dia 28 de fevereiro de 2018, o Juízo da Comarca de Barcarena determinou, com base em pedido do Ministério
Público: a) proibição de uso do DRS2, enquanto não obtidos, cumulativamente, a Licença de Operação e
demonstração da sua capacidade operacional eficiente e a segurança de sua estrutura, reavaliados os taludes e
todos os demais requisitos técnicos construtivos, adequados a um padrão de chuva e de operação; b) redução
da produção da planta industrial a um patamar equivalente a 50% da produção média mensal dos últimos doze
meses ou ao menor nível de produção mensal verificado nos últimos dez anos, o que for menor dentre os dois
resultados e, c) imposição de multa à empresa no valor de R$ 1.000.000,00 (um milhão de reais) por dia, na
hipótese de descumprimento das medidas requeridas.
Este parecer técnico apresenta os resultados obtidos a partir de uma avaliação técnica objetiva sobre os sistemas
de armazenamento de água pluvial e efluentes, e o seu sistema de bombeamento entre si (incluindo capacidade
de manobras), a capacidade de processamento da Estação de Tratamento de Efluentes Industriais (ETEI), bem
como uma avaliação sobre o volume gerado de efluentes para diferentes níveis de produção de alumina da
refinaria.
Para a execução da avaliação técnica sobre os tópicos citados, a equipe da ATECEL®, representada por um
grupo composto por 14 acadêmicos da UFCG e profissionais de mercado, todos ligados ao Programa Aliança de
competitividade industrial da Confederação Nacional da Indústria (CNI), realizou uma série de avalições técnicas
na refinaria da Alunorte ao longo do mês de outubro de 2018, dentre os quais destacam-se:
Análise sobre os estudos e cálculos de engenharia realizados pelas equipes da Alunorte e suas contratadas
sobre os eventos de chuva ocorridos no mês de fevereiro de 2018, as ações de emergência tomadas, os
procedimentos-padrão para operação da refinaria em dias de chuva intensa, além de incluir avaliação sobre
as análises laboratoriais dos parâmetros de qualidade do efluente lançado e os balanços de massa
elaborados.
Inspeções de campo nas áreas da refinaria, incluindo todas as bacias de armazenamento de água pluvial e
efluentes, tanques intermediários (chamados de “sumps”), sistema de drenagem e bombeamento, áreas
adjacentes e periféricas da refinaria, além dos principais sistemas produtivos de alumina como digestão,
clarificação, precipitação, evaporação e calcinação.
Avaliação dos projetos de melhoria nas áreas de armazenagem de água e efluentes, bem como o projeto de
aumento da capacidade de processamento e tratamento da ETEI.
Aplicação das mais modernas técnicas de modelagem e simulação computacional para verificação dinâmica
do comportamento dos níveis de todas as bacias de armazenagem, dos sumps, da capacidade e dos gargalos
de transferência de efluentes entre as bacias, diante de diferentes níveis de chuva (considerando volume
médio e “trombas” d’água localizadas) e de diferentes níveis de produção de alumina com subsequente
geração de efluente industrial, por meio da implementação no software Aspen™, ferramenta computacional
mais apropriada e utilizadas para processos químicos industriais.
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Registro fotográfico de todos os pontos de melhoria e projetos de aumento de capacidade de armazenagem
de água e efluentes, bem como as regiões periféricas da fábrica, do emissário de efluentes ao Rio Pará e da
ETEI.
Catalogação de todos os documentos, apresentações, desenhos técnicos, memoriais de cálculos e planilhas
utilizadas pela Alunorte como evidências das ações tomadas a partir dos eventos de chuvas, e que foram
utilizadas nas observações e conclusões realizadas pela equipe da ATECEL®.
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4. CONTEXTUALIZAÇÃO – EVENTOS DOS DIAS 16 E 17 DE FEVEREIRO DE 2018
Durante os dias 16 e 17 de fevereiro de 2018, a região da cidade de Barcarena, onde está localizada a refinaria
da Alunorte, foi atingida por fortes chuvas, registrando um índice pluviométrico de mais de 230 mm em um
intervalo de 12h, conforme registrado na estação pluviométrica da Alunorte e mostrado na Figura 2.
Figura 2 – Precipitação pluviométrica da refinaria em fevereiro de 2018, de acordo com os registros da estação
pluviométrica da Alunorte.
Em decorrência desse volume de chuva, foram registrados alagamentos em alguns pontos da cidade de
Barcarena-PA e dentro da área da unidade industrial da Alunorte, como mostram a Figura 3, e como foi
amplamente noticiado pelos canais de comunicação e mídia do estado do Pará e do Brasil.
Dentro da Alunorte foi registrado alguns pontos de alagamento, em especial, na área chamada de A45, onde há
um coletor de água de chuva, associado a um conjunto de bombas (sump 45) e na bacia de emergência, na área
da ETEI.
Na área do DRS2 a operação em situações de chuvas extremas, como as apresentadas acima, ocorreu conforme
procedimento previsto, ou seja, a água proveniente da precipitação pluviométrica foi direcionada, por meio de
0 5 10 15 20 25 300
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Prec
ipita
ção,
mm
Dia
14
extravasores, da região interna do depósito para o canal chamado “chaveta”. Subjacente à chaveta, existem ainda
dois outros canais, o primeiro chamado de adução e o segundo de sedimentação, onde ambos são responsáveis
por receber o volume de água proveniente de dentro do depósito (cujo objetivo único é armazenar rejeitos sólidos
de bauxita) e direcionar esse efluente para as bacias de armazenamento.
(a)
(b)
(c)
Figura 3 – Imagem da área do sump 45 que mostra o acúmulo de água de chuva dentro da Alunorte: a) em 17/02/2018; b) em 31/10/2018; c) localização na área da refinaria.
A Figura 4 mostra as áreas referentes ao recebimento de resíduo sólidos de bauxita (A), o canal chamado chaveta
(B), o canal de sedimentação (C) e o canal de contorno ou adução (D).
O projeto do DRS2 foi projetado de forma que toda água de chuva recebida pela área de rejeitos sólidos (A), seja
transportada até os canais subjacentes e direcionada às bacias de armazenagem e posterior processamento nas
ETEI. Como a área do DRS2 objetiva unicamente armazenar os resíduos sólidos de bauxita, a água proveniente
da chuva acomoda-se inicialmente sobre os resíduos e, por gravidade, é escoada por meio de extravasores (E),
que são pequenos canais transversais entre os taludes, conforme mostrado na Figura 5.
A Figura 5 mostra que houve extravasamento de efluente pelo ponto de rebaixamento, denominado extravasor,
que é previsto em projeto exatamente para estas situações. O que foi constatado pela equipe técnica da
Atecel/UFCG através de análise documental, registros fotográficos, inspeções de campo realizadas dentro e fora
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da Alunorte, foi uma elevação do nível de efluentes líquidos dentro do DRS2 em função do volume de chuva no
período citado.
Figura 4 – Detalhes do DRS2.
Figura 5 – Detalhes do DRS2 mostrando extravasamento entre canais.
É importante ressaltar que registros fotográficos devem ser sempre analisados com os devidos cuidados, pois
podem levar a conclusões equivocadas quando avaliados isoladamente. Dependendo da forma de utilização de
um registro fotográfico, sem uma equivalente fundamentação técnico-científica, uma informação incorreta pode
gerar significativos transtornos para a sociedade em geral, pois medidas de emergência podem ser disparadas
levando a tomadas de decisão por parte da população, por entidades públicas, órgãos fiscalizadores e instituições
privadas que potencialmente podem trazer prejuízos ao bem comum, mesmo que a intenção de um alerta seja a
preocupação com o bem-estar e segurança da sociedade.
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Durante os eventos de chuva, iniciados no dia 16 de fevereiro, a operação da Alunorte foi mantida normalmente,
conforme procedimentos operacionais. A operação da refinaria foi projetada para processar e tratar tanto os
efluentes líquidos provenientes do processo produtivo (chamado Processo Bayer de produção de alumina),
quanto para armazenar e tratar a água de chuva que constantemente cai sobre as áreas pertencentes à Alunorte.
Por volta das 23h40m do dia 16 de fevereiro de 2018, foi registrado no sistema de operação e gestão da refinaria,
pelos operadores que estavam trabalhando naquele momento, que a chuva aumentou de intensidade e, logo em
seguida, houve o registro de uma descarga elétrica na área da refinaria que afetou alguns equipamentos da ETEI,
parte dos sistemas de bombeamento e alguns motores no circuito de sumps. Evidenciou-se, por meio de registros
de documentos, que essas circunstâncias acarretaram um aumento do nível das bacias de armazenamento, uma
vez que o transporte dos efluentes do processo e a água de chuva para a estação de tratamento havia sido
prejudicado (conforme documentação disponibilizada para os órgãos competentes, segundo informações da
Alunorte).
A energia da planta foi reestabelecida à 00h30min e, durante esse intervalo, a ETEI continuaram operando
parcialmente.
Quando os níveis das bacias de armazenamento, excluindo as bacias dos DRS1 e DRS2, atingiram 100% da
capacidade, foi utilizado o canal velho para descarte do excesso de água. Toda água de chuva, ou seja, sem
contaminação, foi segregada para evitar uma possível sobrecarga na ETEI o que poderia causar descarte de
efluentes fora da especificação. A Figura 6 mostra a localização dos canais velho e novo na áreada refinaria.
Figura 6 – Canais “velho” e “novo”.
Nos dias 17 e 18 de fevereiro autoridades competentes realizaram vistorias na Alunorte, com o suporte técnico
de especialistas da planta. Nesta ocasião, também foi verificada a existência de um pequeno escape de água de
17
chuva em uma antiga tubulação localizada próxima a uma área de almoxarifado, região da refinaria sem
operações industriais e que drena o sump 45, que foi imediatamente tamponado (Figura 7).
Figura 7 – Tubulação externa à área do sump 45.
Em 22 de fevereiro, o Instituto Evandro Chagas reportou medições de amostras nas imediações da fábrica. Diante
desses acontecimentos e das dúvidas quanto a possíveis impactos, o Juízo da Comarca de Barcarena, no dia 28
de fevereiro de 2018, determinou a redução de 50% da produção de alumina da empresa.
A partir de então, a Alunorte iniciou uma série de medidas visando atender as necessidades mais urgentes da
fábrica e de comunidades situadas nas imediações da planta. Algumas das ações de melhorias que já foram
executadas, são listadas a seguir.
Estabelecimento de força tarefa de especialistas internos para revisão abrangente da situação e análise dos
dados disponíveis, visando propor ações para possíveis melhorias;
Coleta de amostras para determinar a qualidade da água;
Adequação de alguns pontos de drenagem;
Realização de trabalhos, de modo que a empresa se comprometeu a atuar em conjunto com parceiros sociais
para investir no abastecimento de água potável para a as comunidades vizinhas da Alunorte.
Além das ações já executadas, a Alunorte segue implementando iniciativas de médio e longo prazo visando a
modernização e aperfeiçoamento da planta, algumas das quais são apresentadas a seguir.
Melhorias dos sistemas de gestão de recursos hídricos e capacidade de tratamento, manutenção de sistemas
e dos planos de emergência e treinamento;
Implementação de um novo sistema de comportas;
18
Investimento de cerca de R$ 200 milhões no sistema de tratamento de água da refinaria, aumentando as
capacidades de tratamento em 4.500 m3/h, de armazenamento em 242.930 m3 e de bombeamento em 17.000
m3/h;
Atualização dos procedimentos de emergência, incluindo a revisão das práticas de comunicação com as
comunidades locais durante e após emergências, além do treinamento das comunidades vizinhas da
Alunorte;
Manutenção e modernização de equipamentos, incluindo oportunidades de melhorias identificadas em
relatórios emitidos por consultorias contratadas;
Revisão no processo de coleta, teste, análise e monitoramento de dados ambientais e de saúde, incluindo a
qualidade da água;
Criação do projeto Barcarena Sustentável, disponibilizando R$ 100 milhões para ações que proporcionem
capacitação, estabelecendo uma plataforma pública para acompanhamento e avaliação de dados, e
desenvolvimento de projetos sociais e ambientais.
Vale destacar que em meio à essas iniciativas, a Alunorte assinou no dia 05 de setembro de 2018 dois acordos
na direção da retomada das operações normais na refinaria de alumina. Entretanto, com o embargo à utilização
do filtro prensa e do DRS2, no dia 03 de outubro foi anunciada a suspensão total da operação da planta, após
verificação de que havia riscos na operação do DRS1 com resíduos do filtro tambor, em função de sua
característica referente ao teor de sólidos. Em seguida, o IBAMA autorizou, em caráter excepcional, a Alunorte a
utilizar a tecnologia de filtro prensa no processamento de resíduos de bauxita, o que permitiu à Alunorte continuar
suas operações.
19
5. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Para pleno atendimento ao objetivo geral, os seguintes objetivos específicos foram definidos:
Obter e avaliar o histórico de dados de precipitação pluviométrica referente ao período do evento;
Obter e avaliar dados de projeto de bacias e sumps na data do evento;
Obter e avaliar dados de projeto do sistema de bombeamento de efluente na data do evento;
Obter e avaliar dados de projeto do sistema de tratamento de efluente industrial na data do evento;
Obter e avaliar dados de projeto de bacias e sumps para dezembro de 2018 e maio de 2019;
Obter e avaliar dados de geração de efluente durante os anos de 2017 e 2018;
Obter e avaliar o PFD (Process Flow Diagram) referente ao circuito de efluente por ocasião do evento;
Obter e avaliar o PFD referente ao circuito de efluente para dezembro de 2018 e maio de 2019;
Usando o simulador Aspen Plus™, implementar em regime estacionário o fluxograma de processo do circuito
de efluente, incluindo as capacidades de armazenamento de bacias e sumps, o sistema de bombeamento e
o sistema de tratamento de efluente;
Usando o simulador Aspen Dynamics™, implementar em regime transiente o PFD do circuito de efluente,
incluindo as capacidades de armazenamento de bacias e sumps, o sistema de bombeamento e o sistema de
tratamento de efluente;
Gerar e avaliar diferentes cenários de operação da refinaria com e sem precipitação pluviométrica;
Avaliar os procedimentos de operação da refinaria e da ETEI com e sem precipitação pluviométrica.
20
6. BREVE DESCRITIVO DO PROCESSO DE PRODUÇÃO DE ALUMINA (Al2O3)
Em 1888, Karl Josef Bayer desenvolveu e patenteou o processo hoje internacionalmente conhecido como
Processo Bayer. O Processo Bayer é utilizado para o refino da bauxita (denominada assim devido à primeira
mineração comercial ter corrido no distrito de LesBaux, França) na produção de alumina (Habashi, 2005). O
processo Bayer é utilizado até hoje praticamente sem mudanças significativas, apenas com a substituição do
carbonato de sódio pelo hidróxido de sódio e pela utilização de pressão durante a digestão (Hind, 1999; Habashi,
2005).
O processo produtivo da alumina inicia-se ainda no tratamento da bauxita, principal matéria-prima no processo
Bayer, como mostra o fluxograma apresentado na Figura 8.
Figura 8 – Fluxograma simplificado do Processo Bayer.
21
A bauxita é extraída, homogeneizada e moída via úmida com uma solução de soda cáustica, aluminato de sódio
e carbonato de sódio. A moagem tem como objetivo principal aumentar a área de contato do hidróxido de alumínio
contido na bauxita com a soda cáustica para que seja possível obter um alto grau de conversão da reação.
A pasta proveniente da moagem segue para a etapa de digestão em reatores tipo autoclave, a alta pressão e
temperatura, em uma solução com alta concentração de soda cáustica, de modo que ocorra a seguinte reação:
𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 + 𝐴𝐴𝐴𝐴(𝑁𝑁𝑁𝑁)3 ↔ 𝑁𝑁𝑁𝑁𝐴𝐴𝐴𝐴𝑁𝑁2 + 2𝑁𝑁2𝑁𝑁
Uma vez realizada a etapa de digestão, a pasta resultante é resfriada em tanques flash por expansão a baixa
pressão, dessa forma, o vapor proveniente destes tanques é utilizado para pré-aquecer a solução cáustica que
retornará para os digestores. Na sequência, ocorre a clarificação, onde se separa o produto da digestão entre
sólido e líquido. Ou seja, é o ponto onde a solução de aluminato de sódio é separada do resíduo sólido rico em
óxido de ferro, também conhecido como resíduo de bauxita. A clarificação geralmente é composta por 4 etapas
essenciais: espessamento da lama, filtração do licor, lavagem da lama e estocagem de lama no depósito de
resíduos sólidos (Torres, 2001).
As etapas de digestão e clarificação ocorrem em um setor da produção denominado de área vermelha, devido a
cor do efluente e da lama produzida. O produto da clarificação, o licor rico em aluminato, é mais diluído e possui
menor temperatura que o licor contido na pasta da digestão, devido à adição da água de lavagem da lama. Esse
mesmo licor é resfriado em tanques flash por expansão a vácuo, de forma que o calor liberado da expansão
(flash) também seja aproveitado para pré-aquecer a solução cáustica que vai no sentido da digestão e moagem,
o que configura mais uma etapa que envolve integração energética. Além de resfriar o licor, a área de resfriamento
à vácuo auxilia no controle do volume de efluente da planta através da retenção de água (condensado)
proveniente da troca térmica entre o vapor proveniente do licor, e o licor pobre (Santana, 2012).
A solução cáustica rica em aluminato e agora resfriada, segue para os cristalizadores, de modo que a partir da
adição das sementes, seja iniciada a precipitação do hidróxido de alumínio. A reação de precipitação se divide
em duas etapas: aglomeração dos sólidos da semente e formação do precipitado entre as partículas destes
aglomerados.
A principal reação que ocorre nessa etapa é mostrada a seguir.
𝑁𝑁𝑁𝑁𝐴𝐴𝐴𝐴𝑁𝑁2 + 2𝑁𝑁2𝑁𝑁 ↔ 𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 + 𝐴𝐴𝐴𝐴(𝑁𝑁𝑁𝑁)3
22
Como é possível perceber, a reação de precipitação do hidrato é o inverso da reação de dissolução ocorrida na
etapa da digestão (Santos, 2012).
Da precipitação saem duas correntes, uma de licor pobre, que contém baixo teor de aluminato de sódio, e uma
corrente com elevada concentração de hidrato de alumina em suspensão. Dessa forma, os aglomerados
presentes na corrente de hidrato são classificados de acordo com a sua granulometria em tanques decantadores,
onde se separa o material grosso como produto a ser calcinado, enquanto o material fino passa a ser utilizado
como semente nos cristalizadores. Logo, os aglomerados maiores são filtrados da solução cáustica, lavados e
calcinados.
A calcinação ocorre predominantemente em fornos de leito fluidizado onde o ar de combustão é impelido em
contracorrente com o hidrato, no intuito de minimizar o consumo de energia, gerando assim, a alumina. Enquanto
isso, a solução cáustica que agora se encontra pobre em aluminato de sódio e com concentrações mais baixas
de carbonato e hidróxido de sódio, passa pela evaporação, cujo principal objetivo é a retirada da água de diluição.
É importante destacar que a etapa de evaporação é essencial para a rentabilidade do processo, uma vez que
garante a recuperação de parte da soda cáustica a ser utilizada na etapa de digestão, além de ser responsável
por manter o equilíbrio entre a entrada e saída de água no processo.
De modo mais didático, a Figura 9 mostra a distribuição de cada etapa do processo Bayer entre as áreas vermelha
e branca.
Figura 9 – Divisão do processo Bayer entre as áreas vermelha e branca.
23
No que se refere ao tratamento de efluentes, incluindo o gerado pela água usada no mineroduto, o sistema conta
com tanques de neutralização e clarificadores, de modo que a neutralização do efluente é realizada a partir da
aplicação de ácido sulfúrico e ocorre em três estágios nos tanques com agitação mecânica. O controle de pH é
realizado durante todas as etapas da neutralização, corrigindo o pH da ordem de 8 a 14 para cerca de 7,5 a 8.
Após a neutralização dos efluentes, a decantação dos sólidos é conduzida a partir da utilização de floculante nos
clarificadores, de forma a obter um efluente tratado (overflow) com o limite turbidez abaixo dos limites
estabelecidos pela legislação. O efluente tratado nos clarificadores é então descartado de acordo com os padrões
exigidos pela legislação vigente (Resolução CONAMA no 430, de 13 de maio de 2011), enquanto o underflow
(lama resultante do processo de clarificação do efluente) é encaminhado para os filtros e, em seguida, para o
depósito de resíduos sólidos.
Em relação aos resíduos sólidos, a Alunorte utiliza o método de disposição de lama por alta densidade, que
consiste em um processo de “dry-stacking” patenteado pela empresa alemã Giulini. No caso do DRS1, utiliza-se
filtros do tipo tambor, capazes de filtrar o resíduo de bauxita para remoção de soda cáustica existente, fornecendo
uma polpa com o teor de sólidos em torno de 65%. Enquanto isso, para o DRS2, a tecnologia adotada é a do
filtro prensa, que permite obter um resíduo bem mais seco com o teor de sólidos de 78%, o que facilita o transporte
dos resíduos por correias transportadoras. Em ambos casos, torna-se possível evitar a segregação de líquidos,
de modo que a lama vermelha adquira a consistência de um solo natural em curto espaço de tempo, facilitando
a recuperação da área para outros fins.
A Figura 10 mostra a diferença entre a polpa proveniente do filtro tambor (a) e o resíduo após a passagem pelo
filtro prensa (b).
(a)
(b)
Figura 10 – Lama vermelha após filtração no filtro tambor (a) e no filtro prensa (b).
24
A partir da utilização do método dry-stacking para o descarte dos resíduos sólidos, tem-se inúmeras vantagens
do ponto de vista ambiental e de processo, as quais são listadas a seguir.
Maior recuperação de filtrado (soda cáustica), reduzindo os riscos ambientais, o custo operacional e o risco
de acidente por contato;
Menor utilização de produtos químicos na etapa de neutralização;
Depósito de resíduo mais seguro, uma vez que o resíduo é praticamente seco;
As características do resíduo o tornam atrativo para outras aplicações industriais;
Menor emissão de poluentes de CO e CO2, devido à redução do uso de caminhões basculantes.
O esquema apresentado na Figura 11 ilustra o procedimento pelo qual os resíduos sólidos passam, uma vez que
se utiliza a tecnologia do filtro prensa.
Figura 11 – Etapas do tratamento dos resíduos sólidos.
25
7. DADOS DE PROJETO ESTIMATIVAS E IMPLEMENTAÇÃO COMPUTACIONAL
A metodologia para realização do trabalho consistiu das seguintes etapas:
Elaboração e validação dos PFDs;
Obtenção de dados de projeto: bacias, sumps, bombeamento e ETEI;
Cálculo da vazão de água gerada pela precipitação pluviométrica;
Cálculo da vazão de efluente gerada pela refinaria;
Implementação dos PFDs no simulador de processos Aspen™.
Fluxogramas de Processo (PFD) e Capacidades de Armazenamento, de Bombeamento e de Tratamento de Efluente Foram elaborados e validados com a equipe técnica da Alunorte, três PFDs: fevereiro de 2018, dezembro de
2018 e maio de 2019. O de fevereiro de 2018 foi o PFD usado durante o evento entre os dias 16 e 17; os outros
dois são resultados de modificações de projeto. As capacidades de armazenamento de bacias e sumps, de
bombeamento e processamento de efluentes, também foram validadas pela equipe técnica da Alunorte.
A refinaria da Alunorte possui um sistema de drenagem composto por 7 circuitos (CC1, CC2, CC3, CC4, CC5,
CC6, CC7) responsáveis por coletar os efluentes provenientes da planta industrial e águas pluviais (Figura 12).
Todos estes circuitos são direcionados para uma caixa de mistura, onde é feito um acompanhamento da
qualidade do efluente dos circuitos de drenagem, de forma a garantir os seguintes parâmetros:
pH: 5 a 9;
Temperatura: < 40°C;
Condutividade: < 3.500 µS/cm².
Caso haja alteração em qualquer um destes parâmetros, monitorados de maneira contínua, por instrumentação,
coletas são realizadas na tubulação de cada circuito e na caixa de coleta, a fim de identificar qual dos sistemas
de drenagem está causando distúrbios na qualidade do efluente. Em caso de contaminação de algum dos
circuitos, fecha-se a comporta destinada a caixa de mistura e o efluente deste circuito é direcionado para a caixa
de coleta e, em seguida, é enviado para tanques pré-determinados na refinaria, que estão localizados na área
denominada 28 A/C.
O sistema de drenagem também possui bacias de amortecimento, denominadas sumps. Estas, por sua vez,
apresentam uma estrutura com um volume de espera (buffer) temporário para os casos de chuva intensa,
evitando alagamentos nas suas respectivas áreas.
26
Figura 12 – Vista panorâmica do sistema de coleta de efluentes da planta industrial e águas pluviais.
Efluentes com a concentração cáustica abaixo de 2 g/L, equivalente a um pH de até 10,5, são direcionados para
a ETEI, onde preferencialmente são destinados para as bacias de armazenamento T-82C-2A/B/C/D e T-82D-2A.
A partir dessas bacias de armazenamento, o efluente líquido é enviado para tratamento nas estações 82C e 82D,
respectivamente. A bacia T-82C-2A/B/C/D também recebe os efluentes do sump 45 e do sump de hidrato. A bacia
de emergência pode ser acionada por dois caminhos: através do canal novo onde a comporta para as bacias das
expansões C e D é fechada e o efluente é destinado para a bacia de emergência, ou por meio de uma comporta
que existe entre a T-82C-2A/B/C/D e a bacia de emergência (T-82C-2E). Além das rotas mencionadas, as bacias
dos pátios de carvão e bauxita podem encaminhar seus efluentes para a T-82C-2E de forma intermitente.
O DRS1 possui um canal que envolve toda sua extensão. Este canal é responsável por direcionar todo o efluente
proveniente da umidade do resíduo sólido produzido no processo Bayer, mais águas pluviais, para as bacias de
contenção (Figura 13). O DRS1 dispõe de duas bacias de amortecimento (BC03 e BC05) e 3 bacias de controle
(BC01, BC02 e BC06), estas últimas bacias contêm uma estação de bombeamento e são responsáveis pelo
controle de nível das bacias do depósito. A área 54 (DRS1 e áreas adjacentes) também possui dois sumps (54A
e 54B), os quais bombeiam o efluente coletado para as bacias 02 e 01, respectivamente.
27
Figura 13 – Bacias do DRS1.
O canal de contorno do DRS1 deságua nas bacias BC01 e BC03 que estão conectadas com a BC02 através de
um vertedouro e uma comporta, respectivamente. O mesmo canal direciona efluente na BC05, que tem conexão
com a BC06 através de comporta. As bacias de controle, por sua vez, bombeiam os efluentes para a área 82,
onde são armazenados e tratados antes de serem descartados no rio Pará. A bacia 02 encaminha o efluente para
a T-82D-2A e a bacia 01 para a T-82C-2A/B/C/D. A bacia 06 encaminha o efluente diretamente para o tratamento
da estação 82E.
Assim como o DRS1, o DRS2 possui dois canais que circundam a área de depósito de resíduos sólidos
provenientes do filtro-prensa. Estes canais são denominados como canal de sedimentação e canal de adução. O
canal de adução direciona o efluente para as bacias BC-201 e BC-202, ambas apresentando estações de
bombeamento (Figura 14). O efluente destas se unem e são direcionados preferencialmente para a BC06 do
DRS1. No entanto, existem configurações que permitem transferir o efluente para as bacias BC01 e BC02.
28
Figura 14 – Bacias do DRS2
As Tabelas 1-10 apresentam os volumes das bacias, capacidades de tratamento e bombeamento, e área de
captação nos dias 16 e 17 de fevereiro de 2018. No caso do volume, foi considerado um assoreamento médio de
20%.
Tabela 1 – Volume das bacias do DRS1 em fevereiro de 2018. Bacia Volume Total (m³) Volume Útil (m³) Fonte BC-01* 253.425 202.740 Relatório Pimenta de Ávila
BC-02 230.925 184.740 Relatório Pimenta de Ávila
BC-03 118.525 94.820 Relatório Pimenta de Ávila
BC-05* 471.009 376.807 Relatório Pimenta de Ávila
BC-06 452.147 361.718 Relatório Pimenta de Ávila *Considerando o volume do canal Norte (trechos 4 e 6, respectivamente) e a antiga BC-07.
Tabela 2 – Volume das bacias do DRS2 em fevereiro de 2018. Bacia Volume Total (m³) Volume Útil (m³) Fonte
BC-201* 461.519 369.215 Relatório Pimenta de Ávila
BC-202* 699.125 559.300 Relatório Pimenta de Ávila *Considerando o volume dos canais interno e externo.
Tabela 3 – Volume das bacias da ETEI em fevereiro de 2018. Bacia Volume Total (m³) Volume Útil (m³) Fonte
T- 82C-2ABCD 33.295 26.636 CD394097Z001
T-82C-2E 26.711 21.368 CD394097Z001
T-82D-2AB 46.828 37.462 CD394097Z001
29
Tabela 4 – Volume das bacias dos sumps em fevereiro de 2018. Bacias/Sumps Volume Total (m³) Volume Útil (m³) Fonte Sump-Hidrato 9.000 7.200 Relatório Pimenta de Ávila
Sump-45 3.174 2.539 Relatório Pimenta de Ávila
Sump-54ª 5.628 4.502 Relatório Pimenta de Ávila
Sump-54B 2.443 1.954 Relatório Pimenta de Ávila
Pátio de Carvão e Bauxita 10.936 8.748 Relatório Pimenta de Ávila
Tabela 5 – Capacidade de processamento da ETEI em fevereiro de 2018.
ETEI’s Capacidade Nominal Capacidade Operacional Fonte ETE-82C 3.600 3.240 CD394097Z001
ETE-82D 2.800 2.520 CD394097Z001
ETE-82E 3.100 2.790 CD394097Z001
Tabela 6 – Área de captação do DRS1 em fevereiro de 2018. Bacia Área de Captação(m²) Fonte BC-01 98.000* Relatório Pimenta de Ávila
BC-02 98.000* Relatório Pimenta de Ávila
BC-03 34.000 Relatório Pimenta de Ávila
BC-05 186.000* Relatório Pimenta de Ávila
BC-06 70.000 Relatório Pimenta de Ávila
DRS-1 2.957.000** Relatório Pimenta de Ávila
**Área total do DRS1, menos a área dos trechos 4 e 6 do canal Norte, respectivamente.
*Considerando a área dos trechos 4 e 6 do canal Norte
Tabela 7 – Área de captação do DRS2 em fevereiro de 2018. Bacia Área (m²) Fonte
BC-201 180.492 Relatório Pimenta de Ávila
BC-202 213.511 Relatório Pimenta de Ávila
DRS-2 728.000 Relatório Pimenta de Ávila
Tabela 8 – Área de captação das bacias da ETEI em fevereiro de 2018. Bacia Área (m²) Fonte
T-82C-2ABCD 37.000 Relatório Pimenta de Ávila
T-82C-2E 19.000 Relatório Pimenta de Ávila
T-82D-2AB 16.000 Relatório Pimenta de Ávila
30
Tabela 9 – Área de captação das bacias dos sumps em fevereiro de 2018. Bacia/Sump Área de Captação(m²) Fonte Sump-Hidrato 153.000 Relatório Pimenta de Ávila
SUMP-45 199.000 Relatório Pimenta de Ávila
SUMP-54A 95.000 Relatório Pimenta de Ávila
SUMP-54B 30.000 Relatório Pimenta de Ávila
Pátios de carvão e bauxita 276.000 Relatório Pimenta de Ávila
Refinaria 792.000 Relatório Pimenta de Ávila
Tabela 10 – Capacidade de Bombeamento em fevereiro de 2018. Origem Destino Vazão (m³/hr)
BC-1 T-82C 2.100
BC-2 T-82D 2.100
BC-201/BC-202 BC-1/2/6 1.878
BC-6 82E 1.500
Linha (T-82D -> 82D) 82E 600
Sump Hidrato T-82C 350
Sump-45 T-82C 500
Sump-54A BC-02 1.300
Sump-54B BC-01 1.000
Pátio Carvão + Bauxita Bacia de Emergência 200
82C Header -
82F Header -
A Figura 15, apresenta a disposição das bacias mencionadas anteriormente, enquanto a Figura 16 exibe o PFD
do circuito de efluentes da Alunorte correspondente ao mês de fevereiro de 2018.
Devido ao aumento do índice pluviométrico observado no ano de 2018, a Alunorte elaborou um projeto de
gerenciamento de recursos hídricos, com o intuito de aumentar a capacidade de armazenamento e tratamento
de efluentes industrial e pluvial, além de ampliar os sistemas de bombeamento.
No cronograma de melhorias do circuito de efluentes estão previstas duas datas para entrega das obras; o prazo
mais curto, dezembro de 2018, tem como objetivo principal a construção de uma nova bacia (T-82F-2A/B/C).
Esta nova bacia receberá efluente da T-82C-2A/B/C/D e da BC02 e poderá redirecionar o efluente novamante
para a área 82, onde será tratado. As melhorias adotadas para dezembro podem ser observadas na Figura 17.
31
Figura 15 – Disposição das Bacias do DRS1 e DRS2.
Além do novo buffer, que irá incorporar o volume do sump 45 ao seu volume total, a obra para elevação dos
níveis das bordas externas do canal que dá acesso ao rio e às bacias das áreas 82C e 82D, já foi realizada, com
o objetivo de aumentar ainda mais a capacidade de armazenamento das bacias da área 82. Para elevar estes
níveis estão sendo usados Big Bag’s preenchidos com areia, conforme projeto de engenharia e com a anuênica
da SEMAS-PA. As bacias do pátio de carvão e do pátio de bauxita terão seus volumes aumentados para o
recebimento de águas de chuva. Os volumes das bacias do DRS1 e DRS2 permanecerão os mesmos, assim
como os do sump de hidrato, sump 54A e sump 54B.
O aumento de capacidade de armazenamento é acompanhado por um aumento nos sistemas de bombeamento,
que permitem transferir uma maior vazão de efluente, além da redução da área de captação para os sumps. As
32
Tabela 11, 12 e 13 apresentam a nova capacidade de armazenamento, bombeamento e captação para os
cenários de dezembro de 2018 e maio de 2019.
Figura 16 – PFD do circuito de efluente em fevereiro de 2018.
A nova configuração do circuito de efluentes da Alunorte prevista para o mês de maio de 2019, prazo final do
projeto, contemplará além da nova bacia T-82F-2A/B/C, uma nova ETEI, a 82F. As iniciativas contempladas pelo
projeto têm como objetivo tornar o sistema de tratamento de efluente capaz de tratar chuvas extremas baseadas
em fenômenos de mudanças climáticas, trazendo maior flexibilidade de alimentação para as plantas já existentes
82C, 82D e 82E. A Figura 18 apresenta o PFD final do projeto de gerenciamento hídrico.
A principal diferença entre os PFDs de dezembro de 2018 e maio de 2019 é a nova planta de tratamento de
efluentes (82F) e o sistema de distribuição de efluentes, responsável por direcionar as alimentações das unidades
de tratamento de efluente, além de aumentar a capacidade de transferência das estações de bombeamento. De
acordo com a Figura 15, é possível observar uma maior possibilidade de manobras entre as bacias, por exemplo,
o DRS2 além de direcionar seu efluente para a BC06, é capaz de bombear para a T-82F-2A/B/C. As Tabela 13 e
33
14 apresentam a nova capacidade de tratamento e de bombeamento. Os volumes de bacias permanecerão iguais
ao cenário de dezembro de 2018.
Figura 17 – PFD do circuito de efluente em dezembro de 2018.
Tabela 11 – Volume das bacias em dezembro de 2018.
Bacias Volume Total (m³) Volume Útil (m³) Fonte
T-82C-2ABCD 48.961* 39.168 Relatório Pimenta de Ávila T-82C-2E 42.377* 33.901 Relatório Pimenta de Ávila
T-82D-2AB 62.494* 49.995 Relatório Pimenta de Ávila T-82F-2ABC 274.340 227.122** Relatório Pimenta de Ávila
Pátios de carvão e bauxita 27.663 22.130 Relatório Pimenta de Ávila *Incluindo o volume incrementado pela inclusão dos big bags. **Considerando assoreamento de 17%.
34
Figura 18 – PFD do circuito de efluente em maio de 2019.
Tabela 12 – Capacidade de bombeamento em dezembro de 2018. Origem Destino Vazão (m³/hr)
BC-201/BC-202 BC-1/2/6 3.100 BC-6 82E 3.100
Linha (T-82D -> 82D) 82E 3.000 Sump Hidrato T-82C 800
Sump-54A BC-02 3.700 Sump-54B BC-01 1.000 Sump-45 82C 1.000
Patios de Carvão e Bauxita Bacia de Emergência 5.500 BC-01 T-82D 3.050 BC-02 T-82F 3.250 T-82F T-82C 4.500 T-82C T-82F 17.792 BC-6 BC-201 1.000
35
Tabela 13 – Área de captação das bacias dos sumps em dezembro de 2018 e maio de 2019.
Bacia/Sump Área de Captação (m2) Fonte Fev/2018 Dez/2018 Mai/2019 Sump-Hidrato 153.000 23.444 23.443 Relatório Pimenta de Ávila
T-82C 37.000 166.556 166.556 Relatório Pimenta de Ávila Sump-45 199.000 28.025 - Relatório Pimenta de Ávila
T-82F-2A/B/C - 170.975 199.000 Relatório Pimenta de Ávila T-82D 16.000 16.000 16.000 Relatório Pimenta de Ávila
T-82C-2E 19.000 19.000 19.000 Relatório Pimenta de Ávila
Tabela 14 – Capacidade de processamento em maio de 2019. ETEI Capacidade Nominal Capacidade Operacional Fonte
ETE-82C 3600 3.240 CD394097Z001
ETE-82D 2800 2.520 CD394097Z001
ETE-82E 3100 2.790 CD394097Z001
ETE-82F 4500 4.050 CD394097Z001
Tabela 15 – Capacidade de bombeamento em maio de 2019.
Origem Destino m³/hr BC-201/BC-202 BC-1/2/6 3.100
BC-6 82E 3.500
Sump Hidrato T-82C 800
Sump 45 T-82C -
Sump 54A BC-02 3.700
Sump 54B BC-01 1.000
Patio de Carvão + Bauxita Bacia de Emergência 5.500
BC-01 T-82D 4.200
T-82F T-82C 8.150
T-82C T-82F 17.792
BC-6 BC-201 3.730
BC-02 82C 3.250
BC-201/BC-202 T-82F 2.870
Linha (BC-02-> 82C) Linha (BC-01 -> 82D) 3.250
Linha (BC-6-> Header) T-82D 3.570
BC-6 Header 3.500
82D Header 3.725
82C Header 3.725
82F Header 8.150
36
Vazão de Efluente da Refinaria
A vazão de efluente gerada na refinaria é uma das variáveis necessárias para simular o comportamento do
sistema que envolve o efluente da Alunorte. Uma vez que esta variável não é medida diretamente, a mesma foi
calculada pelo balanço de massa a partir do histórico de dados do efluente tratado.
O efluente a ser tratado é gerado a partir de quatro fontes principais: efluente da refinaria, efluente do DRS1,
efluente do DRS2 e água de chuva. A contribuição da água de chuva foi isolada usando o histórico de dados de
precipitação pluviométrica. De acordo com a equipe técnica da Alunorte, a eficiência da ETEI é de 90%,
considerando que o fundo dos tanques de processamento de efluente, é direcionado para o DRS1, de modo que
a vazão de efluente da refinaria foi estimada pela equação a seguir.
𝑄𝑄𝐸𝐸𝐸𝐸 =𝑄𝑄𝐸𝐸𝐸𝐸 − 𝑄𝑄𝐶𝐶
0,9
Onde
𝑄𝑄𝐸𝐸𝐸𝐸 = Vazão de efluente industrial, em m3/h;
𝑄𝑄𝐸𝐸𝐸𝐸 = Vazão de efluente tratado lançado no rio, em m3/h;
𝑄𝑄𝐶𝐶 = Vazão de chuva, em m3/h.
É importante enfatizar que a fórmula acima é conservadora, pois considera que toda água de chuva ao precipitar
na refinaria, adquire a característica de efluente, desconsiderando absorção e/ou evaporação natural, por
exemplo. Para se estimar a vazão média de efluente industrial da refinaria operando a 100% de capacidade,
utilizou-se os dados históricos de lançamento de efluente do ano de 2017. Para a operação à 50%, considerou-
se os dados históricos do período entre março e outubro de 2018.
A vazão de chuva foi calculada a partir de dados históricos dos índices pluviométricos da região, os quais foram
informados pela Alunorte. Considerando toda a chuva que cai sobre a área da refinaria, foi possível estimar a
vazão média mensal de água de chuva que se soma ao efluente industrial.
A Figura 19 mostra o histórico de vazão de efluente durante o ano de 2017, de onde estima-se uma vazão média
igual a 2327,2 m3/h. A Figura 20 mostra a precipitação pluviométrica mensal durante o ano de 2017, de onde é
possível calcular o acumulado de 2650 mm durante todo o ano. Ao dividir o acumulado do ano por 8760 horas,
temos:
𝑃𝑃𝑚𝑚é𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 =2650 𝑚𝑚𝑚𝑚
8760 ℎ= 0,302534 𝑚𝑚𝑚𝑚/ℎ
37
Para estimar o volume de chuva que corresponde ao efluente tratado, considerou-se a área de captação de chuva
como sendo:
𝐴𝐴𝐸𝐸𝑇𝑇𝑇𝑇𝑑𝑑𝑇𝑇 = 𝐴𝐴𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑑𝑑𝑅𝑅𝑑𝑑𝑅𝑅𝑑𝑑𝑑𝑑 + 𝐴𝐴𝐷𝐷𝑅𝑅𝐷𝐷1 + 𝐴𝐴𝐷𝐷𝑅𝑅𝐷𝐷2 = 5.307.137 𝑚𝑚2
Figura 19 – Vazão diária de efluente tratado no ano de 2017.
Portanto, a vazão volumétrica de água de chuva que faz parte do efluente durante o ano de 2017 é dada pela
equação abaixo (INMET, 2018):
𝑄𝑄𝐶𝐶 = 𝐴𝐴𝐸𝐸𝑇𝑇𝑇𝑇𝑑𝑑𝑇𝑇𝑥𝑥𝑃𝑃𝑚𝑚é𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑
1000= 1605,6 𝑚𝑚3/ℎ
Onde o valor 1000 é o fator de conversão de milímetro para metro cúbico.
Dessa forma, temos que, em média, de cada 2937,5 m3/h de efluente tratado, 1605,6 m3/h corresponde a água
de chuva. Portanto, pode-se estimar a vazão média de efluente produzido para a refinaria operando com 100%
de capacidade:
𝑄𝑄𝐸𝐸𝐸𝐸(2017) =𝑄𝑄𝐸𝐸𝐸𝐸 − 𝑄𝑄𝑐𝑐
0,9=
2937,5 − 1605,60,9
= 1479.9 𝑚𝑚3/ℎ
01/0
1/20
17
01/0
2/20
17
01/0
3/20
17
01/0
4/20
17
01/0
5/20
17
01/0
6/20
17
01/0
7/20
17
01/0
8/20
17
01/0
9/20
17
01/1
0/20
17
01/1
1/20
17
01/1
2/20
17
31/1
2/20
17
0
1500
3000
4500
6000
7500
Eflu
ente
trat
ado
(m3 /h
)
Dia
Efluente tratado Média
2937,5
38
Figura 20 – Precipitação pluviométrica do ano de 2017.
A Figura 21 mostra o histórico de vazão de efluente entre março e outubro de 2018, período no qual a refinaria
operou com 50% de capacidade. A partir deste histórico, pode-se estimar uma vazão média de 3672,1 m3/h de
efluente tratado. A Figura 22 mostra a precipitação pluviométrica mensal durante o mesmo período, a partir da
qual é possível calcular o acumulado de 1979,4 mm. Ao dividir o acumulado do período por 5880 horas, temos:
𝑃𝑃𝑚𝑚é𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 =1979,4 𝑚𝑚𝑚𝑚
5880 ℎ= 0,336632 𝑚𝑚𝑚𝑚/ℎ
Portanto, a vazão volumétrica de água de chuva que faz parte do efluente entre março e outubro de 2018 é dado
pela equação abaixo:
𝑄𝑄𝐶𝐶 = 𝐴𝐴𝐸𝐸𝑇𝑇𝑇𝑇𝑑𝑑𝑇𝑇𝑥𝑥𝑃𝑃𝑚𝑚é𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑
1000= 1786,55 𝑚𝑚3/ℎ
Sendo assim, tem-se que, em média, de cada 3672,1 m3/h de efluente tratado, 1786,55 m3/h corresponde a água
de chuva. Portanto, pode-se estimar a vazão média de efluente produzido para a refinaria operando com 50% de
capacidade:
𝑄𝑄𝐸𝐸𝐸𝐸(2018) =𝑄𝑄𝐸𝐸𝐸𝐸 − 𝑄𝑄𝑐𝑐
0,9=
3672,1 − 1786,50,9
= 2095,1 𝑚𝑚3/ℎ
39
Figura 21 – Vazão diária de efluente tratado entre março e outubro de 2018.
Figura 22 – Precipitação pluviométrica do ano de 2018.
Na literatura consultada, apenas o relatório Water Requirements of the Aluminum Industry, escrito por Howard
Conkum em 1956, trata do uso de água em plantas de alumínio; e conclui, nas páginas 103 e 123, que a
369,4
820,6
1235,81370,4
1524,6
1698
1967,8 1979,4
Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Prec
ipita
ção
2018
(mm
)
Mês
Acumulado Precipitação mensal
40
capacidade de produção de forma isolada tem pouco efeito nas necessidades e uso de água e,
consequentemente, na geração de efluente do processo produtivo.
Conforme pode ser comprovado nas páginas 122 e 123 do supracitado relatório, o estudo foi realizado em 6
plantas nos Estados Unidos, as quais foram divididas em dois grupos em função da capacidade de produção. O
Grupo 1 foi formado pelas usinas menores que produzia em torno de 900 t/dia de alumina, enquanto o Grupo 2
era composto pelas usinas maiores e apresentavam o dobro da capacidade de produção das usinas menores.
Como resultado do estudo, constatou-se que as plantas menores usavam maior quantidade de água por alumina
produzida do que as plantas maiores.
A suposição de que o aumento na capacidade de produção tem pouco efeito no balanço de água da planta foi
confirmada pelo estudo efetuado, e o autor atribui a variação da quantidade de água na planta à fatores como a
quantidade anual de precipitação na área de disposição de resíduo de bauxita.
As simulações foram realizadas considerando os 2 (dois) valores calculados para a vazão de efluente: 1.480 e
2.100 m3/h. Obviamente, esses valores são estimativas, visto que o nível das bacias varia ao longo do ano.
Entretanto, a avaliação da maior parte dos cenários, principalmente os do futuro, foi realizada considerando o
maior valor, 2.100 m3/h; ou seja, a maioria das conclusões foram obtidas com base em uma condição operacional
conservadora.
Também é importante enfatizar que a vazão de água gerada pela chuva não levou em consideração a absorção
pelo solo, ou seja, toda água da chuva foi transformada em vazão pluvial; mais uma decisão conservadora para
a avaliação dos cenários.
Tempo de Retorno – Sobre a Precipitação Ocorrida
Entende-se por tempo de retorno ou de recorrência como o intervalo médio de tempo (usualmente dado em anos)
em que certo evento hidrológico pode ocorrer ou ser superado. O tempo de retorno (TR) é também o inverso da
probabilidade de um evento ser igualado ou ultrapassado, onde essa probabilidade (p) de ocorrência é calculada
com base na série histórica observada no local.
𝑇𝑇𝑇𝑇 =1𝑝𝑝
A partir do tempo de retorno, é possível calcular a intensidade, definida como a quantidade de água precipitada
em determinada unidade de tempo. Para o cálculo da intensidade, foi utilizada a equação de chuvas intensas
41
para o município de Barcarena (Souza et al., 2012), que expressa a relação entre intensidade, duração e
frequência a partir da seguinte equação.
𝐼𝐼 =1007,3605 𝑥𝑥 𝑇𝑇𝑇𝑇0,107
(𝑡𝑡 + 9,7931)0,7243
Onde,
I – Intensidade de precipitação em mm/h;
TR – Período de retorno em anos;
t – Tempo de duração da chuva em minutos.
Os resultados obtidos a partir da equação de chuvas intensas, permitem a construção de uma tabela relacionando
o tempo de duração com a intensidade do evento pluviométrico, em mm/h, para o município de Barcarena, cujo
resultado é mostrado na Tabela 16.
De acordo com dados pluviométricos da Alunorte, entre os dias 16 e 17 de fevereiro de 2018 ocorreu uma
precipitação acumulada da ordem de 231,20 mm em 12 horas, fornecendo assim uma intensidade média de 18,87
mm/h. Dessa forma, a partir dos dados pluviométricos do dia do evento hidrológico, combinados com os
resultados obtidos por meio da equação para chuvas intensas para o município de Barcarena, é possível concluir
que o evento hidrológico ocorrido entre os dias 16 e 17 de fevereiro apresenta um tempo de retorno de 2.500
anos, conforme mostra a Tabela 16.
Segundo a SEMAS-PA, a precipitação média para o mês de fevereiro é de 370,9 mm, conforme mostra a Figura
23; logo, segundo esses dados, em um intervalo de 12 horas choveu 62,3% do previsto para todo o mês de
fevereiro de 2018.
Para a simulação de cenários antes e depois das modificações, realizadas ou em andamento, no sistema de
gerenciamento de efluentes da Alunorte, também foi considerada uma precipitação como mostrada na Figura 23,
que de acordo com a estação meteorológica da empresa, foi a precipitação ocorrida entre a noite do dia 16 e a
manhã do dia 17 de fevereiro de 2018. Conforme citado anteriormente, a média da precipitação durante o evento
foi de 18.87 mm/h; entretanto, é fundamental enfatizar que os resultados obtidos para cenários de precipitação
pluviométrica usando o perfil da Figura 24 é completamente diferente daquele usando a média.
Por outro lado, no relatório da CPRM, emitido em março de 2018, consta que nas 48 horas dos dias 16 e 17 de
fevereiro de 2018 choveu 74.1 mm, conforme medição do pluviômetro da estação pluviométrica do Vila do Conde
42
(código ANA 00148011). Dessa forma, também foi realizada a simulação de um cenário com essa média de
precipitação.
Tabela 16 – Intensidades de chuvas intensas para o município de Barcarena.
INTENSIDADE (mm/h)
DURAÇÃO
10 20 50 100 200 500 1.000 2.500 5.000 10.000 5 min 183,11 197,21 217,52 234,27 252,30 278,29 299,72 330,59 356,04 383,45 10 min 148,29 159,71 176,16 189,72 204,33 225,38 242,73 267,73 288,34 310,54 15 min 125,97 135,67 149,64 161,17 173,57 191,45 206,19 227,43 244,94 263,80 20 min 110,28 118,77 131,00 141,09 151,95 167,60 180,50 199,10 214,42 230,93 25 min 98,56 106,14 117,08 126,09 135,80 149,79 161,32 177,93 191,63 206,39 30 min 89,42 96,31 106,23 114,40 123,21 135,90 146,37 161,44 173,87 187,26 45 min 70,93 76,39 84,26 90,75 97,73 107,80 116,10 128,06 137,92 148,53 1 hora 59,53 64,11 70,71 76,16 82,02 90,47 97,43 107,47 115,74 124,66
1,5 horas 45,94 49,48 54,58 58,78 63,31 69,83 75,20 82,95 89,34 96,21 2 horas 37,98 40,90 45,12 48,59 52,33 57,72 62,17 68,57 73,85 79,53 3 horas 28,84 31,06 34,26 36,90 39,74 43,83 47,21 52,07 56,08 60,40 4 horas 23,64 25,46 28,08 30,24 32,57 35,93 38,69 42,68 45,96 49,50 6 horas 17,79 19,16 21,13 22,76 24,51 27,04 29,12 32,12 34,59 37,26 8 horas 14,51 15,63 17,24 18,57 20,00 22,06 23,76 26,21 28,22 30,40 10 horas 12,38 13,34 14,71 15,84 17,06 18,82 20,27 22,36 24,08 25,93 12 horas 10,87 11,71 12,92 13,91 14,98 16,53 17,80 19,63 21,14 22,77 14 horas 9,74 10,49 11,57 12,46 13,42 14,80 15,94 17,58 18,94 20,39 24 horas 6,61 7,12 7,86 8,46 9,11 10,05 10,83 11,94 12,86 13,85
2 dias 4,01 4,32 4,77 5,13 5,53 6,10 6,57 7,25 7,80 8,40 3 dias 2,99 3,22 3,56 3,83 4,13 4,55 4,90 5,41 5,82 6,27 5 dias 2,07 2,23 2,46 2,65 2,85 3,15 3,39 3,74 4,02 4,33 10 dias 1,25 1,35 1,49 1,60 1,73 1,90 2,05 2,26 2,44 2,62 15 dias 0,93 1,01 1,11 1,20 1,29 1,42 1,53 1,69 1,82 1,96 20 dias 0,76 0,82 0,90 0,97 1,05 1,15 1,24 1,37 1,48 1,59 25 dias 0,65 0,70 0,77 0,83 0,89 0,98 1,06 1,17 1,26 1,35 30 dias 0,57 0,61 0,67 0,72 0,78 0,86 0,93 1,02 1,10 1,18
43
Figura 23 – Precipitação mensal média na cidade de Barcarena (1970 a 2007).
http://seirh.semas.pa.gov.br:81/SISMET/faces/climatologico/ Acesso em 05/11/2018 as 16:18
Figura 24 – Perfil da precipitação pluviométrica entre 16 e 17 de fevereiro de 2018, conforme informações da
estação pluviométrica da Alunorte.
A discrepância entre as informações da Alunorte e da CPRM sobre a precipitação pluviométrica ocorridas nos
dias 16 e 17 de fevereiro de 2018 é significativa, de modo que devem ser considerados todos os detalhes
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120
20
40
60
80
100
120
140
18,87 mm/h
Chu
va (
mm
/h)
Tempo (h)
Chuva Média
44
envolvendo a obtenção de tal informação. Por exemplo, na Estação Pluviométrica Vila do Conde, local citado pela
CPRM para obtenção da precipitação pluviométrica, a leitura é realizada manualmente uma vez por dia; enquanto
na estação pluviométrica da Alunorte a leitura é realizada automaticamente e totalizada de 15 em 15 min. Outro
ponto a ser destacado é a distância entre as duas estações pluviométricas; cerca de 5 km, que é um valor
considerável, em se tratando de Meteorologia, especialmente em condições de chuvas extremas e concentradas
em áreas pequenas.
Sobre a especificação do tempo de retorno para o dimensionamento de sistemas extravasores e outras estruturas
hidráulicas, não há nenhuma menção na Lei Federal No 12.334 de 2010 (Política Nacional de Segurança de
Barragens), nem na Instrução Normativa SEMAS No 02/2018 (Plano de Segurança de Barragem de Acumulação
de Água e de Disposição de Resíduos Industrias).
Por outro lado, a NBR 13028 de 2017 estabelece critérios para elaboração de projetos de barragens de
mineração, enquanto a NBR 13029 de 20117 estabelece os critérios para elaboração de projetos de disposição
de estéreis em pilha. Por definição, os DRSs da Alunorte não estariam enquadrados em nenhuma das descrições
acima, mas em função da ausência de outras normas, ambas podem ser consideradas “boas práticas”.
A NBR 13028 estabelece que os sistemas extravasores de estruturas geotécnicas com Dano Potencial alto devem
ser dimensionados para um tempo de retorno de 1.000 anos ou superior, durante o período operacional da
estrutura. O tempo de retorno sobe para 10.000 anos ou superior para o período de fechamento da estrutura.
A classificação quanto ao Dano Potencial dos DRSs da Alunorte deveria constar na Instrução Normativa SEMAS
No 02/2018; conforme determina a Lei Federal No 12.334 de 2010.
Implementação em Aspen
O simulador Aspen™ resolve grande parte dos problemas críticos de engenharia, bem como problemas
operacionais que aparecem durante todo o ciclo de vida de um processo químico, tais como: projeto de um novo
processo, pesquisa de efeitos de uma unidade sobre o processo inteiro ou a otimização das operações de um
processo completo.
As potencialidades do Aspen™ permitem aos engenheiros predizer o comportamento de um processo usando
relações básicas de engenharia: balanços de massa e energia, equilíbrio de fase e químico e cinética das reações.
O Aspen™ possui interface gráfica que permite ao usuário visualizar todas as etapas do processo que estão
sendo avaliadas, bem como todos os dados de entrada que estão sendo inseridos pelo usuário, o que permite
45
melhor compreensão do processo que está sendo simulado. O simulador dispõe de um grande número de
modelos de propriedades físicas, dados e métodos de estimativa que cobrem grande parte dos processos de
comportamento simples e ideal, bem como os processos com misturas não ideais. O simulador faz também uma
análise de convergência que considera automaticamente e sugere cortes ótimos no fluxo, métodos de
convergência do PFD e a sequência de solução para maior parte dos PFDs com recirculação de dados. O
Aspen™ é capaz de fazer uma análise de sensibilidade para gerar, convenientemente, as tabelas e os gráficos
que mostram como o desempenho do processo varia com mudanças realizadas nas especificações do
equipamento e nas condições de operação selecionadas. Através das especificações de projeto, o simulador
calcula condições de operação ou parâmetros de equipamentos para encontrar o desempenho desejado.
A resolução dos fluxogramas no Aspen™ é caracteristicamente realizada no modo sequencial modular, ou seja,
cada bloco é resolvido por vez (balanços de massa e energia), de forma que, a saída (resultados) de um bloco
será a entrada (dados) do seguinte. O simulador deve receber as informações necessárias sobre o fluxograma
para realizar os cálculos usando modelos matemáticos que estão embutidos em cada bloco. A quantidade de
informações necessárias para determinado bloco é fundamental para permitir que uma simulação seja executada,
de modo que o número de informações depende dos graus de liberdade de cada bloco.
As Figuras 25, 26 e 27 mostram os PFDs em Aspen Dynamics™ para as seguintes situações: fevereiro de 2018,
dezembro de 2018 e maio de 2019, respectivamente.
Os PFDs em Aspen™ foram implementados a partir dos PFDs mostrados anteriormente, os quais foram validados
pela documentação de projeto da Alunorte.
Nas Figuras 25, 26 e 27 cada “quadrado” representa uma bacia ou sump da Alunorte, enquanto cada linha
representa a tubulação de conexão entre as bacias, ou uma corrente de chuva. Bacias e sumps foram
implementadas considerando a capacidade volumétrica, capacidade de bombeamento e de tratamento, cujos
valores são apresentados no item 5, conforme previsto em projeto e informado pela Alunorte. A vazão de chuva
gerada para bacias, sumps e DRSs pela precipitação também foi descrita anteriormente.
Com os PFDs das Figuras 25, 26 e 27 é possível prever o comportamento de variáveis como nível e vazão, em
função do tempo.
46
Figura 25 – Fluxograma de processo para fevereiro de 2018.
Figura 26 – Fluxograma de processo para dezembro de 2018.
47
Figura 27 – Fluxograma de processo para maio de 2019.
No regime transiente, cujas variáveis mudam com o tempo, as equações diferenciais ordinárias (EDO) resultantes
da implementação dos PFDs em Aspen Dynamics™ são resolvidas simultaneamente usando o Método de Euler
Implícito, com passo variável; de fato, trata-se de um Problema de Valor Inicial (PVI), cujo valor inicial para cada
variável diferencial é obtido através da simulação em regime estacionário, as quais são oriundas da simulação
em Aspen Plus™. Ou seja, o sistema inicialmente é modelado em regime estacionário (Aspen Plus™) e, em
seguida, exportado para o regime transiente (Aspen Dynamics™).
A equação abaixo mostra o balanço de massa aplicado para uma bacia/sump:
𝐹𝐹𝑑𝑑𝑅𝑅𝜌𝜌𝑑𝑑𝑅𝑅𝛥𝛥𝑡𝑡 − 𝐹𝐹𝜌𝜌𝛥𝛥𝑡𝑡 = 𝑀𝑀𝑇𝑇+𝛥𝛥𝑇𝑇 − 𝑀𝑀𝑇𝑇
Onde:
F = Vazão volumétrica
ρ = densidade
t = Tempo
M = Massa
48
O lado direito da equação representa a diferença entre a massa que entra e a massa que sai da bacia, enquanto
o lado direito representa a massa acumulada no intervalo de tempo t+Δt. Dividindo os dois lados da igualdade
por Δt e aplicando o limite quando esse Δt tende a zero, obtém-se a equação diferencial abaixo:
𝐹𝐹𝑑𝑑𝑅𝑅𝜌𝜌𝑑𝑑𝑅𝑅 − 𝐹𝐹𝜌𝜌 =𝑑𝑑𝑀𝑀𝑑𝑑𝑡𝑡
Sabendo como o volume da bacia varia em função da altura (h), é possível transformar a taxa de variação 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑇𝑇
em
𝑑𝑑ℎ𝑑𝑑𝑇𝑇
, de modo que seja possível acompanhar o valor do nível da bacia em função do tempo. A Figura 28 mostra o
comportamento de algumas variáveis, incluindo o nível de várias bacias e sumps, na tela do próprio Aspen
Dynamics™.
Figura 28 – Tela do Aspen™ mostrando o comportamento de variáveis ao longo do tempo.
É importante enfatizar que o nível das bacias varia conforme a vazão de efluente que chega até a mesma, bem
como depende do procedimento operacional realizado por engenheiros e operadores; e da vazão gerada pela
chuva, se essa acontecer.
49
Para efeitos de simulação, o valor inicial para o volume de bacias e sumps foi calculado considerando 20% de
assoreamento e, com base em discussões com técnicos da Alunorte, estimou-se um nível inicial de 10%. O
procedimento operacional foi programado na forma de tasks e constraints (arquivos com instruções), cujas
Figuras 29 e 30 mostram a implementação Aspen Dynamics™, e é descrito a seguir para fevereiro de 2018,
dezembro de 2018 e maio de 2019, respectivamente.
Figura 29 – Linhas de comando para implementação de uma task.
Figura 30 – Linhas de comando para implementação de uma constraints.
50
Premissas para a simulação: Cenário Fevereiro de 2018 a) Quando a precipitação inicia, as linhas que interligam os DRSs com a ETEI são bloqueadas e
simultaneamente, as ETEI são levadas à sua capacidade máxima, num total de 9.500 m³/h (82C = 3.600
m³/h; 82D = 2.800 m³/h e 82E =3.100). O aumento da vazão de tratamento na ETEI é realizado de forma
gradativa e o tempo necessário para alcançar a capacidade total de tratamento é de 1 hora.
b) Se o nível da bacia 82C alcançar 80%, a comporta da bacia de emergência é aberta para enviar parte da
água que iria para as bacias da 82C e 82D; essa comporta fica aberta até que o nível da 82C chegue a 50%.
c) Foi considerado que se água de chuva captada pelos sumps (45, hidrato, 54A e 54B) for menor que sua
vazão máxima de escoamento, a água é bombeada para os destinos previstos no projeto da Alunorte. Se a
vazão gerada pela chuva for maior que a vazão máxima de escoamento, o bombeamento é realizado ao
máximo e o restante do volume de água de chuva vai acumular nos sumps (mantendo o excesso dentro da
área da refinaria).
Premissas para a simulação: Cenário dezembro de 2018
a) No PFD de dezembro tem-se a inclusão da bacia 82F; nesse caso, além dos procedimentos descritos para
o cenário de fevereiro de 2018, foi adicionada a condição de quando o nível da bacia 82C chegar em 50%,
iniciar o bombeamento gradativo para a bacia 82F. De acordo com a Alunorte, a capacidade de
bombeamento para a bacia 82F é 17.792 m³/h.
Premissas para a simulação: Cenário maio de 2019 a) Devido à instalação de novas tubulações, o número de manobras aumenta. Dessa forma, foi usado um
procedimento mais simples possível, com objetivo de evitar pontos de complexidade operacional. Nesse
PFD, a capacidade de tratamento da ETEI é de 14.000 m³/h, devido à inclusão de uma nova ETEI (82F),
com capacidade de 4.500 m³/h.
b) Quando a precipitação pluviométrica inicia, as linhas que interligam os DRSs com a ETEI são bloqueadas e
simultaneamente a ETEI são levadas à sua capacidade máxima, levando para isso 1 hora; 7.000 m³/h sendo
bombeados da bacia 82D, e o restante da bacia da 82C (7.000 m³/h).
c) Outra linha importante é alinhada com início da chuva; 17.792 m³/h são bombeados da bacia 82C para a
bacia 82F.
d) Os sumps continuam sendo alinhados conforme cenário de fevereiro de 2018.
As bacias dos DRS1 e DRS2 são interligadas por canais, comportas e extravasores. Dessa forma, a lógica
implementada para os dois DRSs foi que todas as bacias estão fechadas de forma que só recebem água oriunda
de chuva e que o desaguamento para a bacia seguinte só ocorre quando o nível da bacia alcança 90%; nesse
momento, toda a água que chega nessa bacia é transferida para a bacia seguinte.
51
A sequência de transferência das bacias:
a) Quando o nível da bacia BC05 atinge 90%, toda a água que chega nela é direcionada para a bacia BC06
(DRS1);
b) Quando o nível da bacia BC03 atinge 90%, toda a água que chega nela é direcionada para a bacia BC02
(DRS1);
c) Quando o nível da bacia BC01 atinge 90%, toda a água que chega nela é direcionada para a bacia BC02
(DRS2);
52
8. RESULTADOS PARA OS CENÁRIOS AVALIADOS
Uma vez que o modelo esteja validado, em função do número de variáveis, é possível avaliar milhares de cenários
operacionais; com e sem precipitação pluviométrica (chuva). Nesse sentido, o primeiro cenário estudado foi o de
fevereiro de 2018; mais especificamente, o cenário entre o final do dia 16 e a manhã do dia 17.
Vale destacar que a chuva representa uma única variável na modelagem; entretanto, uma vez que ocorra, essa
variável está associada com todas as outras variáveis, incluindo as tubulações que constituem o sistema de
drenagem, bombeamento e tratamento de efluente da Alunorte.
Para todos os cenários, a simulação inicia sem a ocorrência de precipitação; em seguida, no instante t = 1 h,
começa a precipitação.
Dentre os cenários possíveis de avaliação, foram escolhidos aqueles que pudessem responder o máximo de
questões relacionadas ao manuseio e geração de efluente:
Sistema de tratamento;
Sistema de bombeamento;
Armazenamento volumétrico;
Operação da planta.
Foram avaliados os seguintes cenários:
1. Reprodução do evento de fevereiro de 2018, com a refinaria gerando 1.480 m3/h (100% de produção) de
efluente e PFD de fevereiro de 2018;
2. Refinaria inicialmente gerando 1.480 m3/h e passando a gerar 2.100 m3/h de efluente, sem chuva e PFD de
fevereiro de 2018;
3. Refinaria gerando 2.100 m3/h de efluente, considerando chuva de fevereiro de 2018, novas áreas de captação
de bacias e sumps, nova capacidade de bombeamento e PFD de dezembro de 2018;
4. Refinaria gerando 2.100 m3/h de efluente, considerando chuvas média de 22,77 e 12,86 mm/h, por 12 e 24
h, respectivamente, novas áreas de captação de bacias e sumps, nova capacidade de bombeamento e PFD
de dezembro de 2018;
5. Refinaria gerando 2.100 m3/h de efluente, considerando chuvas média de 22,77 e 12,86 mm/h, por 12 e 24
h, respectivamente, novas áreas de captação de bacias e sumps, nova capacidade de bombeamento e PFD
de maio de 2019.
Como pode ser observado, a maioria dos cenários avaliados considerou o maior valor para a vazão de efluente
gerado pela refinaria, o que significa mais uma decisão conservadora na realização desse trabalho.
53
Cenário 1 – Reprodução do evento de fevereiro de 2018, com a refinaria gerando 1.480 m3/h (100% de produção) de efluente e considerando o PFD de fevereiro de 2018
Para simulação do cenário de fevereiro de 2018, foi usado o PFD referente a esse período, mostrado no item
anterior. A simulação deste cenário teve como objetivo validar o modelo implementado em Aspen™, observando
o comportamento do nível de bacias e sumps, diante da chuva nos dias 16 e 17 de fevereiro de 2018.
A Figura 31a mostra o nível das bacias da ETEI, dos pátios de carvão e bauxita, do DRS1 e o DRS2. A linha
tracejada na direção vertical mostra o instante em que se inicia a precipitação, cuja intensidade foi mostrada na
Figura 24.
Conforme pode ser observado na Figura 31a, em menos de 1 h as bacias dos pátios de carvão e bauxita atingiram
seu limite máximo. As bacias da área 82 somente atingiram seus limites máximos aproximadamente 8 h após o
início da chuva. É importante enfatizar que o comportamento do nível das bacias da área 82, crescente e
decrescente, está diretamente relacionado ao perfil da chuva e ao percentual da capacidade de tratamento; por
exemplo, a diminuição do nível entre 2 e 7 h se deve à diminuição da chuva e aumento da vazão de tratamento.
Entretanto, depois de 8 h de precipitação, a capacidade de tratamento de efluente não foi suficiente e as bacias
da área 82 atingiram seu limite.
Nesse ponto, é importante destacar que o nível de bacia ou sump constante em 90%, implica no fato do efluente
está vertendo ou sendo bombeado para outra bacia.
A Figura 31d mostra que, com exceção do 54B, todos os sumps transbordaram em menos de 1 h; o que pode
ser explicado pela insuficiência na capacidade de armazenamento e/ou de bombeamento, diante da precipitação
pluviométrica considerada.
As Figuras 31b e 31c mostram que o nível das bacias dos DRS1 e DRS2, respectivamente, aumentaram, mas
não transbordaram. Para o DRS1, as bacias BC02 e BC06 ficaram com o nível abaixo de 80%; as bacias BC01,
BC03 e BC05, alcançaram o máximo de 90%, pois a partir desse valor o efluente era vertido para a BC02 ou
BC06. Para o DRS2, o nível das bacias não chegou nem a 80%; o nível da BC-202, que é a maior e pode receber
da BC-201, ficou próximo de 50%.
A Figura 32 mostra a quantidade de água acumulada dentro da refinaria durante o evento. É importante enfatizar
que a bacia de emergência (T-8C-2E) e os pátios de bauxita e carvão excederam o limite máximo, e este excesso
de água de chuva pode permanecer nas áreas do interior da refinaria ou ser direcionada para o canal velho. De
acordo com a empresa, houve a utilização do canal velho para escoamento do excesso da água de chuva.
54
A Figura 33a mostra a comparação entre a vazão de efluente gerada pela refinaria e a gerada pela água da
chuva, onde é possível perceber a enorme diferença entre as duas vazões; ou seja, a ETEI estava à plena
capacidade para tratar basicamente água de chuva. A Figura 34 mostra o percentual da capacidade operacional
da ETEI durante o evento.
A Figura 33b mostra a comparação entre o real e o previsto pelo modelo da água acumulada ao longo da
precipitação, onde é possível perceber a boa aderência entre os mesmos. A partir da análise dessa figura e da
descrição do evento ocorrido entre os dias 16 e 17 de fevereiro de 2018, concluiu-se que o modelo gerado no
Aspen™ pode ser usado para avaliação de outros cenários.
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 31 – Nível das bacias durante o evento dos dias 16 e 17 de fevereiro de 2018, considerando o PFD de fevereiro de 2018.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
T-82C-A/B/C/D T-82D-2A/2B Bacias do pátio de carvão e pátio de bauxita T-82C-2E
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
BC05 BC06 BC03 BC01 BC02
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
BC201 BC202
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
SUMP HIDRATO SUMP 54A SUMP 45 SUMP 54B
55
Figura 32 – Água acumulada dentro da Alunorte durante o evento dos dias 16 e 17 de fevereiro de 2018,
considerando o PFD de fevereiro de 2018.
(a)
(b)
Figura 33 – Vazão de efluente oriunda da refinaria, vazão de água gerada pela chuva durante o evento dos dias 16 e 17 de fevereiro de 2018 e validação do perfil da chuva, considerando o PFD de fevereiro de 2018.
Figura 34 – Capacidade operacional da ETEI durante o evento dos dias 16 e 17 de fevereiro de 2018,
considerando o PFD de fevereiro de 2018.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
Tran
sbor
do a
cum
ulad
o (m
3 )Tempo (horas)
T-82C-2E Efluente da refinaria
0 2 4 6 8 10 120
18000
36000
54000
72000
90000
108000
Vazã
o (m
3 /h)
Tempo (horas)
Vazão de efluente da refinaria Vazão de água de chuva da refinaria
0 3 6 9 12 150
50
100
150
200
250
Prec
ipita
ção
Acum
ulad
a (m
m)
Tempo (h)
Real Simulado
0 2 4 6 8 10 1220
40
60
80
100
Cap
acid
ade
das
ETEI
s (%
)
Tempo (horas)
56
Cenário 2 – Refinaria inicialmente gerando 1.480 m3/h e passando a gerar 2.100 m3/h de efluente, sem chuva e considerando o PFD de fevereiro de 2018
A avaliação desse cenário teve como objetivo mostrar o comportamento do nível das bacias da ETEI, DRS1 e
DRS2, para a refinaria gerando 1.480 e 2.100 m3/h de efluente, respectivamente. De outra forma, o objetivo foi
mostrar o impacto da vazão de efluente gerado pela refinaria sobre a operação da ETEI. A avaliação também
serve para mostrar o comprometimento percentual da capacidade de armazenamento/tratamento da ETEI.
De acordo com a Figura 35, apenas o nível das bacias do DRS1, conforme mostra a Figura 35b, apresentam
pequena variação (para menos), visto que sem a ocorrência de chuva, a ETEI também opera tratando efluente
dessas (nesse cenário, os efluentes das bacias do DRS2 não estavam sendo tratados).
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 35 – Nível das bacias e sumps para o aumento na vazão de efluente, considerando o PFD de fevereiro
de 2018.
A Figura 36a mostra o aumento da vazão de efluente gerado pela refinaria, enquanto a Figura 36b mostra o
comprometimento percentual de uso da ETEI.
0 1 2 3 4 5 6 70
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
T-82C-A/B/C/D T-82D-2A/2B Bacias do pátio de carvão e pátio de bauxita T-82C-2E
0 1 2 3 4 5 6 70
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
BC05 BC06 BC03 BC01 BC02
0 1 2 3 4 5 6 70
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
BC201 BC202
0 1 2 3 4 5 6 70
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
SUMP HIDRATO SUMP 54A SUMP 45 SUMP 54B
57
(a)
(b)
Figura 36 – Vazão de efluente e de água de chuva e percentual de uso da ETEI, considerando o PFD de fevereiro de 2018.
Com base nas Figuras 35 e 36, observa-se que a ETEI tem capacidade de tratamento bem superior a vazão de
efluente gerado na refinaria. Para as condições da refinaria gerando 1.480 e 2.100 m3/h, e ainda tratando efluente
das bacias do DRS1, o percentual de uso da ETEI é comprometido entre 40 e 55%, respectivamente.
Esses resultadaos mostram que a redução da capacidade operacional da Alunorte tem pouca ou nenhuma
influência sobre o tratamento de efluente, pois o limitante da ETEI é a quantidade de precipitação que ocorre; ou
seja, para as duas vazões de efluente avaliadas, sem as modificações que estão sendo realizadas, se ocorrer
uma chuva como a dos dias 16 e 17 de fevereiro de 2018, a redução de produção imposta de 50%, não representa
nenhum aumento na segurança operacional.
Cenário 3 – Refinaria gerando 2.100 m3/h de efluente, considerando chuva de fevereiro de 2018, novas áreas de captação de bacias e sumps, nova capacidade de bombeamento e PFD de dezembro de 2018
Esse cenário teve como objetivo avaliar o comportamento do nível de bacias e sumps, considerando nova
capacidade de bombeamento, a mudança na área de captação de bacias e sumps (Tabela 13) e o PFD de
dezembro de 2018.
Conforme mostra a Figura 37a, nenhuma bacia da área 82 alcançou nível máximo, a mesma observação também
vale para o sumps, conforme mostra a Figura 37d; lembrando que nível constante corresponde à 90% da
capacidade total, o efluente está sendo direcionado por gravidade ou por bombeamento.
Esse resultado indica que a redução da área de captação dos sumps, a construção da nova bacia e a nova
capacidade de bombeamento são suficientes para mitigar o efeito da precipitação pluviométrica, evitando
qualquer tipo de alagamento dentro da refinaria.
0 1 2 3 4 5 6 7500
1000
1500
2000
2500
3000Va
zão
(m3 /h
)
Tempo (horas)
Vazão de efluente da refinaria Vazão de água de chuva da refinaria
0 1 2 3 4 5 6 740
45
50
55
60
Cap
acid
ade
das
ETEI
s (%
)
Tempo (horas)
58
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 37 – Nível das bacias considerando o evento dos dias 16 e 17 de fevereiro de 2018, nova área de captação, nova capacidade de bombeamento e o PFD de dezembro de 2018.
É interessante notar na Figura 37d que o comportamento do nível acompanha o da precipitação pluviométrica
(Figura 24); quando a chuva é mais intensa, o nível dos sumps alcança o valor máximo, diminuindo quando a
chuva diminui.
A Figura 37b mostra que não houve escape de efluente do DRS1, visto que o nível das bacias BC-02 e BC06,
que são as últimas na sequência de transporte de efluente (ver Figura 17), ficou em torno de 60%. Mais uma vez,
lembrando que nível constante e igual à 90% significa que o efluente está sendo transferido ou vertido para uma
bacia vizinha. A Figura 37c mostra que o nível das bacias do DRS2 não alcançou nem 40%
O resultado obtido para esse cenário mostra que em dezembro de 2018, com as modificações realizadas na área
de captação, no bombeamento e com a construção da nova bacia, o sistema de gerenciamento de efluente
industrial da Alunorte suportará uma chuva extrema como a que ocorreu entre os dias 16 e 17 de fevereiro de
2018.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130
20
40
60
80
100N
ível
(%)
Tempo (horas)
T-82C-A/B/C/D T-82D-2A/2B Bacias do pátio de carvão e pátio de bauxita T-82C-2E T-82F-2A/B/C
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
BC05 BC06 BC03 BC01 BC02
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
BC201 BC202
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
SUMP HIDRATO SUMP 54A SUMP 54B SUMP 45
59
Cenário 4 – Refinaria gerando 2.100 m3/h de efluente, considerando chuvas média de 22,77 e 12,86 mm/h, por 12 e 24 h, respectivamente, novas áreas de captação de bacias e sumps, nova capacidade de bombeamento e PFD de dezembro de 2018
Esse cenário considerou precipitação pluviométrica de 273,24 mm em 12 h e 308,64 mm em 24 h, as quais
representam, de acordo com a Tabela 16, duas chuvas com tempo de retorno de 10.000 e 5.000 anos,
respectivamente. Além disso, vale pontuar que são chuvas maiores do que a ocorrida entre os dias 16 e 17 de
fevereiro de 2018.
A avaliação desse cenário também serve para comparar a diferença de comportamento dos níveis causada pelo
perfil da precipitação pluviométrica.
A Figura 38 mostra o perfil de chuva de 22,77 mm/h durante 12 h e a quantidade de água acumulada ao longo
da precipitação pluviométrica. A Figura 39 mostra as vazões geradas pela chuva e pela refinaria, e a bombeada
para a nova bacia (82F). Além disso, tem-se que o tempo de simulação é de 13 h, visto que a precipitação só
inicia após o tempo de 1 h.
Figura 38 – Perfil da chuva de 22,77 mm/h por 12 h e água acumulada.
Figura 39 – Vazão gerada pela refinaria e pela chuva de 22,77 mm/h por 12 h.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300 Chuva Chuva acumulada
Chu
va (m
m/h
)
Tempo (horas)
0 2 4 6 8 10 120
10000
20000
30000
40000
Vazã
o (m
3 /h)
Tempo (horas)
Vazão de efluente da refinaria Vazão de água de chuva da refinaria Vazão para 82F
60
De acordo com Figura 39, devido à diferença entre as vazões, mais uma vez, é possível perceber que o maior
percentual de processamento da ETEI é usado para tratar o efluente gerado pela chuva.
De acordo com a Figura 40a, nenhuma bacia da Área 82 alcança nível máximo durante as 12 h de precipitação;
um resultado que somente é alcançado porque a nova bacia (T-82F-2/A/B/C) funciona como um pulmão,
amortecendo o efeito que a precipitação teria sobre as outras bacias, além das mudanças na área de captação e
de bombeamento. Da mesma forma, a Figura 40d mostra que nenhum sump alcançou o nível máximo.
A Figura 40b mostra que não houve escape de efluente do DRS1, visto que o nível das bacias BC-02 e BC06,
que são as últimas na sequência de transporte de efluente (ver Figura 17), ficou entre 70 e 80%. A Figura 40c
mostra que o nível das bacias do DRS2 alcançou pouco mais de 40%.
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 40 – Nível das bacias considerando chuva de 22,77 mm/h por 12 h, a nova capacidade de bombeamento, nova área de captação e o PFD de dezembro de 2018.
Comparando as Figuras 37 e 40, é possível perceber o efeito da “tromba d’água” causada pela chuva ocorrida
nos dias 16 e 17 de fevereiro de 2018, quando o nível de bacias e sumps, principalmente, aumentaram
rapidamente.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
T-82C-A/B/C/D T-82D-2A/2B Bacias do pátio de carvão e pátio de bauxita T-82C-2E T-82F-2A/B/C
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
BC05 BC06 BC03 BC01 BC02
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
BC201 BC202
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
SUMP HIDRATO SUMP 54A SUMP 54B SUMP 45
61
A Figura 41 mostra o comportamento do nível para bacias e sumps, considerando uma chuva de 12,86 mm/h
durante 24 h, onde observa-se que, apesar da maior quantidade de água que precipita, conforme esperado, o
nível das bacias aumenta mais lentamente.
Nenhuma bacia da Área 82 alcança nível máximo (Figura 41a); e a mesma observação vale para os sumps
(Figura 41d) e bacias dos DRSs (Figuras 41b e 41c).
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 411 – Nível das bacias considerando chuva de 12,86 mm/h por 24 h, a nova capacidade de bombeamento, nova área de captação e o PFD de dezembro de 2018.
Os resultados apresentados nas Figuras 40 e 41 indicam que as modificações implementadas (armazenamento,
área de captação, capacidade de bombeamento) tornam o sistema de gerenciamento de efluente da Alunorte
apto a enfrentar chuvas com tempo de retorno de 10.000 e 5.000 anos, com duração de 12 e 24 h,
respectivamente, sem nenhum risco de escape de efluente nas áreas internas da empresa.
0 5 10 15 20 250
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
T-82C-A/B/C/D T-82D-2A/2B Bacias do pátio de carvão e pátio de bauxita T-82C-2E T-82F-2A/B/C
0 5 10 15 20 250
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
BC05 BC06 BC03 BC01 BC02
0 5 10 15 20 250
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
BC201 BC202
0 5 10 15 20 250
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
SUMP HIDRATO SUMP 54A SUMP 54B SUMP 45
62
Cenário 5 – Refinaria gerando 2.100 m3/h de efluente, considerando chuvas média de 22,77 e 12,86 mm/h, por 12 e 24 h, respectivamente, novas áreas de captação de bacias e sumps, nova capacidade de bombeamento e PFD de maio de 2019
Esse cenário considerou o PFD de maio de 2019, o qual inclui uma nova ETEI, o que deverá melhorar mais ainda
a performance do sistema. Entretanto, o objetivo foi observar quantitativamente o efeito da construção de uma
nova ETEI sobre a capacidade de gestão de efluente da Alunorte, considerando condição de chuva extrema.
A Figura 42 mostra os resultados para a chuva com tempo de retorno de 10.000 anos (22,77 mm/h, durante 12
horas), onde é possível perceber que nenhuma bacia da Área 82 alcançou nível máximo, conforme esperado, e
o mesmo foi observado para os sumps. Comparando as Figuras 42a e 40b, percebe-se que o nível da nova bacia
(T-82F-2/A/B/C), das bacias T-82C/2A/B/C/D e T-82D/2A/2B ficaram menor para a situação de maio de 2019,
exatamente por causa da nova ETEI; ou seja, menos acúmulo de efluente nessas bacias.
Os resultados para os DRSs (Figuras 42b e 42c) são semelhantes ao cenário anterior (Figuras 40b e 40c), quando
se observa que nenhuma bacia alcança nível máximo.
A Figura 43 mostra os resultados para a chuva com tempo de retorno de 5.000 anos (12,86 mm/h durante 12
horas), onde é possível perceber resultados semelhantes àqueles observados para a chuva com tempo de
recorrência de 10.000 anos por 12 h: não ocorre escape de efluente da área interna à Alunorte.
De forma objetiva, pode-se afirmar que em maio de 2019, o sistema está apto para enfrentar chuvas com tempo
de retorno de 10.000 e 5.000 anos durante 12 e 24 h, respectivamente.
(a)
(b)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
T-82C-A/B/C/D T-82D-2A/2B Bacias do pátio de carvão e pátio de bauxita T-82C-2E T-82F-2A/B/C
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
BC05 BC06 BC03 BC01 BC02
63
(c)
(d)
Figura 42 – Nível das bacias considerando chuva de 22,77 mm/h por 12 h, a nova capacidade de bombeamento, nova área de captação e o PFD de maio de 2019.
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 43 – Nível das bacias considerando chuva de 12,86 mm/h por 24 h, a nova capacidade de bombeamento, nova área de captação e o PFD de maio de 2019.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130
20
40
60
80
100N
ível
(%)
Tempo (horas)
BC201 BC202
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130
10
20
30
40
50
60
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
SUMP HIDRATO SUMP 54A SUMP 54B
0 5 10 15 20 250
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
T-82C-A/B/C/D T-82D-2A/2B Bacias do pátio de carvão e pátio de bauxita T-82C-2E T-82F-2A/B/C
0 5 10 15 20 250
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
BC05 BC06 BC03 BC01 BC02
0 5 10 15 20 250
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
BC201 BC202
0 5 10 15 20 250
20
40
60
80
100
Nív
el (%
)
Tempo (horas)
SUMP HIDRATO SUMP 54A SUMP 54B
64
9. CONCLUSÕES Um rigoroso modelo matemático em regime transiente para o circuito de efluentes da Alunorte foi desenvolvido,
com objetivo de avaliar diferentes cenários envolvendo precipitação pluviométrica, procedimentos operacionais,
capacidades de armazenagem, de bombeamento e processamento de efluente.
O modelo consegue reproduzir os acontecimentos entre os dias 16 e 17 de fevereiro de 2018, conforme descrito
pela equipe de engenheiros da Alunorte e verificado por análise documental e inspeções de campo durante o
mês de outubro de 2018, de modo que fornece precisão suficiente para responder questionamentos oriundos de
diferentes cenários, envolvendo: i) capacidades de armazenamento, bombeamento e processamento de
efluentes; ii) níveis de produção de alumina e; iii) precipitação pluviométrica.
De acordo com os resultados das simulações:
O nível das bacias do DRS 1 e do DRS2 não alcançou o valor máximo durante a precipitação pluviométrica
ocorrida nos dias 16 e 17 de fevereiro de 2018;
No dia 17 de fevereiro de 2018, o canal velho foi utilizado para escoamento do excesso de água de chuva
captada na área da refinaria, numa decisão adequada, diante das circunstâncias, visando evitar um potencial
risco ambiental;
Os resultados das simulações computacionais mostram que a redução do nível de produção de alumina da
Alunorte não representa aumento na segurança operacional, visto que a capacidade de processamento da
ETEI é significativamente maior do que a vazão de efluente gerada pela refinaria, e que esta tem baixa
sensibilidade à variação do nível de produção;
A geração de efluente da refinaria da Alunorte representa entre 10 e 20% da capacidade de tratamento da
ETEI;
As melhorias implementadas ou em implementação na Alunorte, garantem que o sistema de gerenciamento
de efluente suporta um evento como o ocorrido nos dias 16 e 17 de fevereiro de 2018, sem necessidade do
uso do canal velho para escoamento do excesso de água de chuva;
As melhorias implementadas ou em implementação na Alunorte, garantem que o sistema de gerenciamento
de efluente suporta um evento de chuva com tempo de retorno igual à 10.000 e 5.000 anos, com duração de
12 e 24 h, respectivamente, sem necessidade do uso do canal velho para escoamento do excesso de água
de chuva;
As melhorias implementadas ou em implementação na Alunorte atende a NBR 13028 de 2017, à qual
estabelece que os sistemas extravasores de estruturas geotécnicas com Dano Potencial alto devem ser
dimensionados para um tempo de retorno de 1.000 anos ou superior, durante o período operacional da
estrutura; e tempo de retorno de 10.000 anos ou superior para o período de fechamento da estrutura.
Diante do exposto acima, os pareceristas concluem:
65
Atualmente, do ponto de vista do gerenciamento de efluente, é seguro a Alunorte produzir na taxa
nominal de projeto de 6,3 milhões de toneladas métricas de alumina por ano;
Com os projetos de melhorias que estão sendo implementados, a Alunorte está preparada para
possíveis futuras mudanças climáticas, que poderiam ocasionar eventos mais frequentes de chuvas
extremas, já a partir de dezembro de 2018.
66
10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBR 13028: 2017
Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBR 13029: 2017
Apresentação Institucional da Alunorte, Março de 2018a.
Apresentação Institucional da Alunorte, Maio de 2018b.
Conklin, H. L. Water Requirements of the Aluminum Industry. United States Government Printing Office,
Washugnton, 1956.
Enviro-Tec do Brasil Consultoria e Tecnologia Ambiental Ltda, Relatório Técnico, 2018.
Farias, C. P. C. Atlas Pluviométrico do Brasil: Equações Intensidade-Duração-Frequência, Barcarena, 2018.
Habashi, F. (2005). A short history of hydrometallurgy. Hydrometallurgy.
https://bacana.news/e-assustador-os-impactos-economicos-que-paralisacao-da-hydro-causara-entenda-o-
caso/
Hind, R. A. (1999). “The surface chemistry of Bayer process solids: a review”, Colloids and surfaces A:
Physicochemical and engineering aspects.
Instrução Normativa SEMAS No 02/2018
Lei Federal No 12.334 de 20 de setembro de 2017.
Relatório de Sustentabilidade da Alunorte 2010-2011, 2011.
Resolução CONAMA no430, de 13 de maio de 2011.
Santana, F. S. M. Balanço Material para Maximização do Desempenho de Recuperação de Alumina no
Processo Bayer. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – UFCG. Campina Grande - PB, p.16. 2012.
Santos, W. Caracterização e análise de pisos intertravados utilizando a lama vermelha. Tese (Doutorado
em Engenharia Química) - Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal de Campina Grande,
Campina Grande, p.93.2012.
Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). Disponível em: <http://www.inmet.gov.br/portal/>. Acesso em 06
novembro 2018.
Souza, R. O. R. S., Scaramussa, P. H. M., Amaral, M. A. C. M., Pereira Neto, J. A., Pantoja, A. V. e Sadeck,
L. W. R. Equações de chuvas intensas para o Estado do Pará, Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e
Ambiental, v.16, n.9, 2012.
Torres, A. A. O. Modelagem do Processo Bayer utilizando o software comercial Aspen Plus. Dissertação
(Mestrado em Engenharia Química) – UNICAMP. Campinas -SP, p.27. 2001.
http://seirh.semas.pa.gov.br:81/SISMET/faces/climatologico/ Acesso em 05/11/2018 as 16:18
67 Campina Grande – Novembro de 2018
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