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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL
FACULDADE DE ENGENHARIA
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
DISCIPLINA DE TRABALHO DE INTEGRAÇÃO
N
N
CONSTRUÇÃO DE UM GERADOR DE OZÔNIO MICROCONTROLADO PARA TRATAMENTO DE
ÁGUA
OME DO AUTOR: ALBERTO VALDAMERI
OME DO ORIENTADOR: VICENTE MARIANO CANALLI
Porto Alegre, Dezembro de 2006.
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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL
FACULDADE DE ENGENHARIA
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
DISCIPLINA DE TRABALHO DE INTEGRAÇÃO
CONSTRUÇÃO DE UM GERADOR DE OZÔNIO
PRO E ENG A UNIREQ APR ___VIC(OR ___EDG(EX ___MA(EX DAT
MICROCONTROLADO PARA TRATAMENTO DEÁGUA
JETO FINAL DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO DEPARTAMENTO DENHARIA ELÉTRICA DA FACULDADE DE ENGENHARIA DA PONTIFÍCI
VRSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL, COMO PARTE DOS UISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO.
OVADO POR:
_____________________________________________________________________ ENTE MARIANO CANALLI IENTADOR)
_____________________________________________________________________ AR BORTOLINI
AMINADOR)
_____________________________________________________________________ RIA CRISTINA FELIPPETTO DE CASTRO AMINADOR)
A: PORTO ALEGRE - RS, DEZEMBRO DE 2006.
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Dedicatória
Dedico este trabalho a todas as pessoas que buscam conhecer novas tecnologias limpas
para Tratamento de Água em especial a pessoas como meus pais Nadir e Jurema, minha
namorada Aline que incentivaram e deram ajuda e apoio em situações difíceis.
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4
Agradecimentos
Agradeço ao orientador, Dr. Vicente Mariano Canalli por todo conhecimento
transmitido. Agradeço também aos meus colegas principalmente ao Edar pelo apoio e ajuda em
questões fundamentais para a realização do trabalho, e a pessoas como Fabio, André e Suely
que me deram condições de trabalho na OZ Engenharia. Aos amigos e familiares pela
compreensão e apoio. A todos os colegas do curso de Engenharia Elétrica.
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Resumo
Este Trabalho de Integração do curso de Engenharia Elétrica – Ênfase Eletrônica -
caracteriza-se pela interdisciplinaridade, notadamente, pela diversidade de tarefas realizadas.
Embora o objetivo final seja a Construção de um Gerador de Ozônio, a apresentação do
protótipo demandou a aplicação experimental dos conhecimentos adquiridos nas disciplinas do
curso. Conceitos de Física, Teoria Eletromagnética, Eletrônica Analógica, Eletrônica Digital,
Eletrônica de Potencia, Processadores, entre outras, foram empregados na busca das soluções
que levassem ao melhor desempenho do protótipo.
Um protótipo de um Gerador de Ozônio é implementado neste trabalho, construído com
a intenção de ser aplicado em sistemas de tratamento de água como piscinas, poços artesianos,
efluentes industriais, caixas de água residenciais e torres de resfriamento.
Este trabalho foi dividido em 3 etapas, as quais descrevem a forma como foi conduzido o
processo de desenvolvimento deste protótipo.
Na primeira etapa, foi realizada uma pesquisa para poder compreender um pouco sobre o
que é o ozônio, os métodos de produção de ozônio, aplicações e limitações impostas.
Na segunda etapa, foi realizado o desenvolvimento da idéia para a construção de um
gerador de ozônio, onde se definiu os blocos funcionais, os circuitos a serem implementados, a
atuação de cada um deles, os componentes necessários, os programas a serem desenvolvidos, a
elaboração das placas de circuito impresso e um gabinete para acomodar o protótipo.
Na terceira etapa foi realizada a construção física do gerador para verificar seu
funcionamento, bem como a elaboração de possíveis aplicações com a utilização do protótipo
desenvolvido.
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Sumário
1. Introdução..............................................................................................................................11 1.1. Ozônio ...............................................................................................................................12
1.1.1. Considerações gerais .............................................................................................12 1.2. Estudo do Ozônio ..............................................................................................................15
1.3. Estudo da Molécula de Ozônio .........................................................................................16
1.4. Principais Métodos de Geração de Ozônio .......................................................................18 1.4.1. Geração por Eletrólise...........................................................................................18 1.4.2. Geração por Raios Ultravioleta .............................................................................19 1.4.3. Geração por Efeito Corona....................................................................................20
1.5. Aspectos Importantes na Produção de Ozônio..................................................................22
1.6. Fatores de Segurança na Dosagem....................................................................................23
1.7. Tendências da Utilização do Ozônio.................................................................................24 1.7.1. Tratamento de ar....................................................................................................25 1.7.2. Processos industriais .............................................................................................25 1.7.3. Medicina................................................................................................................25 1.7.4. Tratamento de Água ..............................................................................................26
1.8. O Ozônio no Tratamento de Água ....................................................................................26 1.8.1. Abastecimento de Água ........................................................................................26 1.8.2. Efluentes Industriais..............................................................................................27 1.8.3. Tratamento de Esgotos Sanitários .........................................................................27 1.8.4. Tratamento de Água para Fins Industriais ............................................................27 1.8.5. Água para Torres de Resfriamento........................................................................28 1.8.6. Outras Aplicações .................................................................................................28
1.9. Conclusões ........................................................................................................................29 2. Estudo e Dimensionamento do Protótipo..............................................................................31 2.1. Introdução..........................................................................................................................31
2.2. Características do Protótipo ..............................................................................................31
2.3. Diagrama de Blocos do Protótipo .....................................................................................32
2.4. Célula Geradora de Ozônio ...............................................................................................33 2.4.1. Dimensionamento da Célula Geradora de Ozônio................................................36
2.5. Unidade de Potência..........................................................................................................40
2.6. Unidade de Controle..........................................................................................................41 2.6.1. Programa do Microcontrolador da Unidade de Controle ......................................43
3. Protótipo Implementado........................................................................................................46 3.1. Introdução..........................................................................................................................46
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3.2. Célula Geradora de Ozônio ...............................................................................................46
3.3. Unidade de Potência..........................................................................................................48
3.4. Unidade de Controle..........................................................................................................49 3.4.1. Placa de Circuito Impresso da Unidade de Controle.............................................49 3.4.2. Gabinete da Unidade de Controle .........................................................................51 3.4.3. Placa de Circuito Impresso do Sensor de Temperatura.........................................53 3.4.4. Programação do Microontrolador .........................................................................53
3.5. Controle de Vazão.............................................................................................................57
3.6. Resfriamento da Célula .....................................................................................................59
3.7. Gerador de Ozônio ............................................................................................................59
3.8. Conclusão ..........................................................................................................................60 4. Teste de Produção de Ozônio................................................................................................61 4.1. Introdução..........................................................................................................................61
4.2. Resultados Referentes à Produção de Ozônio...................................................................61
4.3. Conclusão ..........................................................................................................................63 5. Aplicações .............................................................................................................................64
5.1.1. Piscinas..................................................................................................................64 5.1.2. Tratamento de Efluentes........................................................................................65 5.1.3. Torres de Resfriamento .........................................................................................66 5.1.4. Poços Artesianos ...................................................................................................67
6. Conclusão Geral ....................................................................................................................69 7. Referências Bibliográficas ....................................................................................................71
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Lista de Tabelas
Tabela 1.1. – Comparação de agentes oxidantes.......................................................................... 16 Tabela 2.1. – Vantagens e desvantagens do tipo de gás de alimentação...................................... 36 Tabela 4.1. – Fluxo de Ar versus produção de O3........................................................................ 62
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Lista de Figuras
Figura 1.1. – Máquina eletrostática de Van Marums.................................................................... 13 Figura 1.2. – Schonbein................................................................................................................ 13 Figura 1.3. – Molécula de ozônio................................................................................................. 13 Figura 1.4. – Pintura demonstrando uma tempestade................................................................... 15 Figura 1.5. – Molécula de oxigênio.............................................................................................. 17 Figura 1.6. – Ligações do ozônio.................................................................................................. 17 Figura 1.7. – Geração do ozônio................................................................................................... 19 Figura 1.8. - Processo de descarga corona.................................................................................... 21 Figura 1.9. – Gerador de ozônio................................................................................................... 23 Figura 1.10. – Limites de exposição ao ozônio............................................................................ 24 Figura 2.1. – Diagrama de blocos do gerador de ozônio.............................................................. 32 Figura 2.2. – Esquema da célula geradora de ozônio................................................................... 33 Figura 2.3. – Fluxograma de ozonização empregando oxigênio na alimentação......................... 34 Figura 2.4. – Fluxograma de ozonização co ar na alimentação.................................................... 35 Figura 2.5. – Vista detalhada da célula......................................................................................... 38 Figura 2.6. – Esquema elétrico do circuito de controle................................................................ 41 Figura 2.7. – Fluxograma do programa implementado no microcontrolador............................... 43 Figura 3.1. – Célula geradora de ozônio....................................................................................... 45 Figura 3.2. – Suporte para as células............................................................................................ 46 Figura 3.3. – Suporte com as células............................................................................................ 46 Figura 3.4. – Célula geradora de ozônio....................................................................................... 47 Figura 3.5. – Unidade de potência................................................................................................ 47 Figura 3.6. – Layout lado dos componentes................................................................................. 48 Figura 3.7. – Layout lado da solda................................................................................................48 Figura 3.8. – Mascara dos componentes....................................................................................... 49 Figura 3.9. – Placa de controle – vista superior............................................................................ 49 Figura 3.10. – Placa de controle – vista inferior........................................................................... 50 Figura 3.11. – Gabinete circuito de controle................................................................................ 50 Figura 3.12. – Unidade de controle...............................................................................................51 Figura 3.13. – Gabinete do gerador de ozônio.............................................................................. 51 Figura 3.14. – Layout da placa sensor temperatura...................................................................... 52 Figura 3.15. – Sistema de circulação de gás................................................................................. 56 Figura 3.16. – Conexão de alimentação de Ar/Oxigênio e saída de Ozônio................................ 57 Figura 3.17. – Venturi................................................................................................................... 57 Figura 3.18. – Ventilador para refrigeração da célula.................................................................. 58 Figura 3.19. – Protótipo do gerador de ozônio............................................................................. 59 Figura 4.1. – Frasco lavador......................................................................................................... 61 Figura 5.1. – Tratamento de piscinas............................................................................................ 64 Figura 5.2. – Estação de tratamento de efluentes......................................................................... 65 Figura 5.3. – Torres de resfriamento.............................................................................................66 Figura 5.4. – Poços Artesianos..................................................................................................... 67
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Anexos
Anexo 1- Datasheet MSP430F1232.............................................................................................. 73 Anexo 2 - Datasheet TMP101....................................................................................................... 75 Anexo 3 - Datasheet Relé.............................................................................................................. 77 Anexo 4 - Gabinete Unidade de Controle .....................................................................................79 Anexo 5 - Gabinete Gerador de Ozônio........................................................................................ 81 Anexo 6 – Fluxômetro................................................................................................................... 83 Anexo 7 – Venturi......................................................................................................................... 85 Anexo 8 – Ventilador.....................................................................................................................87 Anexo 9 - Laudo de produção de ozônio....................................................................................... 89 Anexo 10 - Código fonte............................................................................................................... 91
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1. Introdução
Durante muito tempo, em épocas passadas, os efluentes produzidos pelo homem e pelas
poucas atividades industriais eram simplesmente jogados nos cursos de água onde se processava
a depuração por vias naturais: um grande volume de água limpa e oxigenada diluía a pouca carga
de esgotos e resíduos industriais. Os microorganismos existentes no curso de água se
encarregavam da degradação oxidativa deste alimento inesperado, retirando pouco oxigênio da
água (O2), sem interferir na vida aquática. [1]
O aumento da população mundial e das atividades industriais a partir do século XIX
acarretou no aumento de produção de efluentes, que começaram a impactar fortemente o
ecossistema principalmente no que diz respeito à água. Este fato exigiu que fossem criadas e
constantemente aperfeiçoadas técnicas, produtos e processos, visando o tratamento da água
poluída por esses efluentes.
Entre os métodos de remoção de poluentes das águas estão a filtração, adsorção por
carbono, destilação, osmose reversa e outros. Para o controle das bactérias patogênicas, usa-se o
cloro, ozônio ou ultravioleta antes do efluente ser descarregado no curso de água. Entre estes, o
cloro tem sido atualmente o mais utilizado nos mais diversos países, devido ao seu baixo custo
operacional.
Porém, mais recentemente, um sério problema tem preocupado a comunidade científica,
no que diz respeito aos subprodutos das reações do cloro com a matéria orgânica
(organoclorados).
A partir de 1975, constataram que, compostos organoclorados são cancerígenos e
conseqüentemente o cloro começou a ter sua aplicação cada vez mais limitada. A principal
preocupação quanto aos organoclorados, é o potencial de formação dos trihalometanos. [1]
11
12
Desta forma o ozônio ressurge como uma das principais alternativas na substituição do
cloro, resultando na retomada das pesquisas e do desenvolvimento das aplicações de ozônio e
principalmente dos sistemas de geração de ozônio. Uma das atividades deste movimento tem
sido o constante desenvolvimento dos geradores de ozônio, resultando na redução gradativa dos
custos para implantação desse sistema, tornando-o mais viável economicamente.
Atualmente pode-se contar com uma redução de aproximadamente 40 % dos custos de
capital e operacional do sistema de ozonização, de forma que já se afirma que uma das vantagens
deste método em relação aos outros reside no menor custo operacional. [1]
O principal interesse no uso do ozônio para tratamento de efluentes deve-se ao seu alto
potencial de oxidação, aliado a outras características interessantes para esta aplicação, sendo
facilmente absorvido pela água numa interface de bolhas. Seu uso em instalações de tratamento
de efluentes, visa principalmente à oxidação e dissociação de compostos orgânicos não-
biodegradáveis. Porém, por ser altamente reativo e instável, o que significa que não pode ser
transportado ou armazenado, o ozônio deve ser produzido no local de aplicação.
Por se tratar de uma tecnologia praticamente nova, não existem normas, ou uma
legislação específica para o uso de ozônio no Brasil.
Pretende-se com o presente trabalho construir, através de estudos desenvolvidos em
laboratório, um sistema de controle e o dimensionamento de uma nova célula para a construção
de um Gerador de Ozônio de baixo custo com produção de ozônio a partir do uso de ar ambiente,
podendo também utilizar oxigênio puro.
1.1. Ozônio
1.1.1. Considerações gerais
A palavra ozônio vem do grego ozein que quer dizer mau cheiro. O significado do nome
reflete uma de suas características, ou seja, o forte odor que exala quando em alta concentração.
12
13
Esta característica foi observada pela primeira vez em 1785, por Van Marums, próximo a uma
descarga elétrica representado na figura 1.1. [2]
Figura 1.1. – Máquina eletrostática de Van Marums. [2]
O odor característico foi inicialmente identificado pelo cientista alemão Christian
Friedrich Schonbein, como sendo de um composto indeterminado, na figura 1.2, em 1840
durante a oxidação lenta do fósforo branco e da eletrólise da água. A identidade e estrutura deste
composto foram confirmadas em 1867 como oxigênio triatômico mostrado na figura 1.3.
Figura 1.2. – Schonbein. Figura 1.3. – Molécula de ozônio.
13
14
O ozônio (O3) é um gás formado por três átomos de oxigênio. Dois átomos de oxigênio
constituem a base da molécula do oxigênio presente no ar. O terceiro átomo, muito instável,
pode se desligar facilmente do ozônio para se ligar a moléculas de outras substâncias orgânicas,
alterando sua composição química.
A habilidade do ozônio para desinfecção de água foi descoberta em 1886 e em 1891.
Testes piloto já eram realizados em Martinkenfelde, na Alemanha. No entanto, a primeira
instalação de ozônio em escala industrial ocorreu em 1893, em Oudshoorm, na Holanda,
objetivando a desinfecção de água na estação de tratamento de água potável desta cidade. Passou
a ser utilizado comercialmente em 1903 para tratamento de água potável. [1]
A evolução da utilização do ozônio é descrita também pelo Instituto Nacional de
Preservação Ambiental. Até 1914 o número de estações de tratamento de água utilizando ozônio
cresceu significativamente e na Europa já haviam pelo menos 49 instalações. O crescimento do
ozônio caiu muito na época da primeira guerra mundial, quando pesquisas relacionadas a gases
venenosos, levaram a descoberta do cloro, que do ponto de vista econômico era mais vantajoso.
Mesmo assim, o número de instalações de ozônio continuou crescendo, principalmente na
Europa, e em 1936 já havia aproximadamente 100 instalações na França e 140 no mundo. [1]
Como relatam Lima e Kollnberger, “o desenvolvimento de tecnologias muito econômicas
de produção de Ozônio em baixas concentrações (geração de ozônio em lâmpadas de luz
ultravioleta)” fez com que fosse retomado o interesse por sua aplicação.
Atualmente o ozônio, é conhecido como o segundo mais poderoso agente oxidante que
pode ser utilizado em escala para aplicações em tratamento de água e vem sendo adotado por
diversos países e em milhares de sistemas de tratamento.
No Brasil a utilização do ozônio começou em 1983 devido à necessidade de alternativas
para os métodos convencionais de pré-cloração e pré-aeração no tratamento de águas
superficiais. A partir de 1985, o setor industrial também iniciou o uso do ozônio com a aquisição
de equipamentos e procedimentos laboratoriais. [1]
14
15
1.2. Estudo do Ozônio
Ozônio é um gás e vem sendo aplicado em grande escala a nível mundial, principalmente
em países de primeiro mundo, devido às inúmeras vantagens de sua utilização. Por ser um
poderoso agente oxidante, a utilização do ozônio deve ser feita de uma forma correta e com as
devidas precauções, desde o momento de sua geração até o fim de sua aplicação.
A formação natural do ozônio acontece durante as tempestades, quando ocorrem
relâmpagos nas proximidades da crosta terrestre representado na figura 1.4. A descarga elétrica
dissocia a molécula de oxigênio em dois átomos de oxigênio. Estes átomos instáveis têm excesso
de elétrons que combinam-se com outras moléculas de oxigênio, em um menor estado de
energia. Esta combinação forma o ozônio (O3).
Figura 1.4. – Pintura demonstrando uma tempestade.
O ozônio é um gás que possui uma meia vida relativamente curta (cerca de 15 minutos, à
pressão atmosférica e temperatura de 25°C), inviabilizando assim o seu armazenamento. Por
razões práticas, necessita ser gerado no local de sua aplicação, tendo um alto poder de
15
16
desinfecção e oxidação sendo altamente solúvel em água. A solubilidade do O3 é afetada pela
temperatura, pressão e a presença de contaminantes [2].
Nos geradores comerciais, o ozônio é produzido principalmente por Efeito Corona e UV.
A Radiação UV todavia, não atende as necessidades de produção requeridas pela indústria.
Assim a descarga elétrica do tipo Corona é o método mais utilizado para se obter ozônio, em
quantidades significativas.
O ozônio é o segundo oxidante mais poderoso mostrado na tabela 1.1, excedido em seu
potencial de oxidação somente pelo flúor. É poderoso contra germes, vírus e sua concentração
máxima considerada segura para o homem é da ordem de 0,1 ppm. [2]
Tabela 1.1. – Comparação de agentes oxidantes.
Agente Potencoxidaçã
oder roxidaçã oxidante ial de
o P elativo de
o
Flúor 3,06 2,25 Ozônio 2,07 1,52 Peróxid 1,77 1,30 o Hidrogênico Acido H 1,49 1,10 ipocloroso Cloro 1,36 1,00
Este elevado potencial de oxidação faz com que ele reaja rapidamente com uma grande
variedade de compostos [2].
1.3. Estudo da Molécula de Ozônio
Em geral pode-se dizer que o ozônio é a união de uma molécula de oxigênio com um
átomo do mesmo elemento. A maneira mais simples de se obter um átomo de oxigênio é através
da dissociação de sua molécula. A molécula de oxigênio é composta por dois átomos unidos por
uma dupla ligação covalente, como ilustra a figura 1.5 [2].
16
17
Figura 1.5. – Molécula de oxigênio.
O átomo de oxigênio tende a se agrupar com outra molécula do mesmo elemento gerando
assim o ozônio. A estrutura da molécula de ozônio é representada nas figura 1.6:
Figura 1.6. – Ligações do ozônio.
A seguir são listadas as principais propriedades físicas do ozônio [2]:
• Forma triatômica do oxigênio;
• Gás com odor característico mesmo a baixas concentrações;
• Fórmula química: O3;
• Ponto de fusão a 1 atm: - 192,5 ºC;
17
18
• Ponto de ebulição a 1 atm: - 111,9 ºC à pressão atmosférica;
• Massa específica do gás nas CNTP: 2,14 g/litro;
São listadas também algumas características do ozônio [2].
• O ozônio é o segundo mais poderoso oxidante utilizável (1,5 vezes mais forte do que
o cloro);
• O ozônio é 3.125 vezes mais rápido do que o cloro na inativação de bactérias;
• O ozônio não produz toxinas na água;
• O ozônio é gerado no local de utilização;
• Quando não consumido, decompõe-se naturalmente em oxigênio;
• O transporte, manuseio e estoque não são necessários.
1.4. Principais Métodos de Geração de Ozônio
A seguir serão descritos os principais métodos utilizados para obtenção do ozônio:
1.4.1. Geração por Eletrólise
Na geração por eletrólise, o átomo de oxigênio, que forma o ozônio, é obtido da molécula
de água através de uma reação eletroquímica. [2]
eHgOOHgO 22)()( 322 ++↔+ + (1.1)
18
19
Neste processo se emprega um eletrodo de alto potencial de liberação de oxigênio,
normalmente formado por ligas de titânio.
1.4.2. Geração por Raios Ultravioleta
A dissociação da molécula de oxigênio pode ser obtida também através da irradiação
ultravioleta como ilustrado resumidamente na figura 1.7.
Figura 1.7. – Geração do ozônio.
Na geração por incidência de raios ultravioleta a produção do ozônio ocorre por um
processo fotoquímico no qual a energia é fornecida pela luz. A quebra da ligação da molécula de
oxigênio fornecidas por radiação ultravioleta com comprimentos de onda ≤ 242,2nm.
)()()(2 gOgOhgO +→+ γ (1.2)
Uma vez formados, os átomos de O(g), podem reagir com o oxigênio molecular:
19
20
)()()( 32 gOgOgO →+ (1.3)
A produção do O3 pode ser contrabalançada pelas reações que destroem o ozônio:
)()()( 23 gOgOhgO +→+ γ (1.4)
)(2)()( 23 gOgOgO →+ (1.5)
Conjuntamente com a reação de destruição dos átomos de O, precursores do ozônio:
)()()()()( 2 gMgOgMgOgO +→++ (1.6)
M(g) é um terceiro componente que absorve o excesso de energia liberado durante a
reação, M é tipicamente N2(g) ou O2(g) principais gases do ar ambiente.
A molécula de oxigênio se divide em dois átomos, que poderão se agrupar com outras
duas moléculas, gerando assim o ozônio.
1.4.3. Geração por Efeito Corona
A descarga elétrica tipo corona é um fenômeno característico que ocorre nas regiões de
campos elétricos não uniformes de alta intensidade, principalmente nas pontas e bordas ou fios
submetidos à tensão elétrica [2].
Se as correntes de descarga são:
• Relativamente altas: a descarga corona pode ocorrer na forma de uma descarga
luminescente.
20
21
• Relativamente baixas: a descarga corona é denominada de descarga elétrica
silenciosa, que é uma forma inaudível de descarga.
O efeito corona está representado na figura 1.8. Ao aplicar-se uma tensão que excede o
potencial de ionização do material dielétrico, representado nesta figura pelo ar, os elétrons livres
são impulsionados a alta velocidade, e rompem através do impacto as duplas ligações das
moléculas de oxigênio presentes no ar.
Figura 1.8. - Processo de descarga corona.
A reação de geração de ozônio é iniciada quando os elétrons livres provenientes da
descarga corona causam a dissociação das moléculas de oxigênio.
egOegO +→+ )(2)(2 (1.7)
)()()( 32 gOgOgO →+ (1.8)
Os átomos de oxigênio se reagrupam, formando assim o ozônio.
21
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1.5. Aspectos Importantes na Produção de Ozônio
A produção do ozônio utilizada para a construção do Gerador de Ozônio proposto neste
trabalho é realizada pelo “processo corona” o qual consiste em aplicar uma descarga elétrica em
um fluxo de ar ou oxigênio. O ozônio é produzido próximo ao local onde será utilizado.
O ozônio é um gás instável de alto poder oxidante. Essas duas características os tornam
atrativo para a desinfecção de esgotos domésticos. A instabilidade desse gás é uma característica
desejável porque quando o efluente é lançado no meio ambiente não haverá residual de oxidante
que possa ser danoso ao meio ambiente.
O alto poder de oxidante é desejável porque diminui muito as concentrações e o tempo
necessário para a desinfecção. Sendo o tempo de contato e as concentrações reduzidas haverá
economia na construção e operação das instalações. [3]
Desde a construção do primeiro ozonizador por Marius Otto mostrado na figura 1.9, os
equipamentos utilizados atualmente funcionam baseados no mesmo principio, isto é, ar ou
oxigênio puro, escoando através de uma célula onde se gera a descarga elétrica, produzida por
uma fonte elétrica de alta voltagem ocorrendo a seguinte reação:
egOegO +→+ )(2)(2 (1.9)
)()()( 32 gOgOgO →+ (1.10)
22
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Figura 1.9. – Gerador de ozônio.
1.6. Fatores de Segurança na Dosagem
Devido ao fato do ozônio ser um forte oxidante, em altas concentrações ele se torna
tóxico aos organismos vivos e seres humanos. Os padrões permitidos no ar pelo Departamento
de Saúde e Segurança Ocupacional dos Estados Unidos são para a exposição limite de 0,1 ppm
(partes por milhão) (0,2mg/m3) durante 8 horas de trabalho para uma semana de 40 horas [3].
Equipamentos geradores de ozônio instalados em locais fechados devem ser projetados
com exaustores e sensores que rapidamente detectem a presença do ozônio no ar, interrompendo
automaticamente a geração de ozônio. A figura 1.10 mostra que exposições a elevadas
concentrações como 10 ppm, podem ser toleradas por cerca de 1 minuto por dia sem que cause
reações sintomáticas. Ainda que as elevadas concentrações causem efeitos tóxicos, estes são
temporários e não permanentes [3]. Os efeitos observados são: decréscimo na capacidade de
difusão do monóxido de carbono, decréscimo na elasticidade do pulmão. Exposições de 1,5 a 2,0
ppm, durante duas horas provocam secura na boca e garganta, redução da capacidade mental,
dificuldades de coordenação nas articulações, perda de apetite, tosse, perda de aproximadamente
23
24
13% da capacidade vital. A recuperação é completa num período que pode durar de 1 a 14 dias
[3].
LIMITES DE EXPOSIÇÃO AO OZÔNIO A - Não sintomático B - Sintomático C - Irritação D - Toxidade permanente E – Fatal
Figura 1.10. – Limites de exposição ao ozônio.
1.7. Tendências da Utilização do Ozônio
Para salientar a importância do ozônio são descritas a seguir algumas áreas de seu
emprego:
24
25
1.7.1. Tratamento de ar
A necessidade de se remediar e purificar ambientes contaminados por compostos
orgânicos voláteis e microorganismos, principalmente em ambientes internos climatizados
artificialmente, tem impulsionado o desenvolvimento de estratégias eficientes, dentre as quais
destaca-se a ozonização. O elevado poder oxidante do ozônio, associado com a facilidade de
produção em diversas quantidades e redução de custos para sua geração, tem estimulado a sua
aplicação no tratamento de ar em áreas como hospitais, restaurantes, cinemas e veículos
automotivos [2].
1.7.2. Processos industriais
O emprego de técnicas que visam à redução dos índices de produtos químicos tais como
o cloro, pode ser ilustrado, por exemplo, na utilização do ozônio no processo de branqueamento
da polpa de celulose.
1.7.3. Medicina
O ozônio é utilizado como medicamento ativo, apresentando efeitos bactericidas,
fungicidas e de inativação viral, razão pela qual pode ser empregado tanto na desinfecção de
lesões infectadas, como em algumas doenças causadas por bactérias ou vírus. Seus efeitos sobre
a circulação sanguínea o recomendam no tratamento de distúrbios circulatórios e para uma
revitalização do organismo como um todo. Em baixas concentrações, pode modificar e estimular
a resposta imunológica [2].
25
26
1.7.4. Tratamento de Água
A aplicação do ozônio no tratamento de água é uma alternativa em relação aos métodos
convencionais. As tendências da utilização do ozônio no tratamento de água serão descritas neste
trabalho.
1.8. O Ozônio no Tratamento de Água
O ozônio tem sido considerado uma das melhores alternativas para o tratamento de água
potável, representando uma tecnologia limpa, que utiliza oxigênio como agente oxidante. Sendo
um tratamento com produção eletrônica, automática e contínua, sua administração pode ser
completamente automatizada e realizada em tempo real, otimizando assim o custo de mão de
obra e de manutenção, reduzindo o potencial de erro nas dosagens.
A sua utilização não altera o pH da água e reduz fortemente a utilização de produtos
químicos convencionais, tais como coagulantes, floculantes, cloro e corretores de pH [2].
Com a utilização do cloro em nível residual na água, a aplicação do gás possibilita um
sensível aumento na vida útil da infra-estrutura da Estação de Tratamento de Água, onde
elementos como ferragens, alvenaria, componentes elétricos e hidráulicos estão sujeitos a ação
danosa do mesmo ao longo do tempo [2].
O ozônio pode ser utilizado em diversos processos de tratamento de água, cujo efeito é
sumarizado a seguir:
1.8.1. Abastecimento de Água
Desinfetante altamente eficaz, o ozônio elimina algas e bactérias em uma grande faixa de
variação de temperatura e pH, em um tempo de contato inferior a outros produtos. Além disso, é
26
27
um potente virulicida, que destrói agentes patogênicos não afetados por outros desinfetantes. Os
trialometanos (THM), que são normalmente formados pela reação dos derivados do cloro com a
matéria orgânica existente nas águas superficiais, não são formados quando o ozônio é aplicado,
e caso já estejam presentes serão destruídos devido ao alto poder oxidante do ozônio [2].
1.8.2. Efluentes Industriais
O ozônio é um dos mais potentes agentes oxidantes utilizados na remoção de metais
pesados, fenóis, cianetos e compostos orgânicos refratários, que podem formar produtos tóxicos
em contato com o cloro e que são resistentes a outras formas de tratamento.
1.8.3. Tratamento de Esgotos Sanitários
É aplicado com grande sucesso após estações de tratamento de esgoto, para a desinfecção
e desodorização. Além disso, não produz compostos tóxicos como no caso do cloro, sendo
conseqüentemente inócuo ao meio ambiente.
1.8.4. Tratamento de Água para Fins Industriais
Sua utilização na água converte o ferro e o manganês solúveis em compostos insolúveis,
que podem ser facilmente precipitados e filtrados. Como resultado a água se torna isenta de
microorganismos, vírus, sabor e odor.
27
28
1.8.5. Água para Torres de Resfriamento
Em águas utilizadas para resfriamento, a aplicação do ozônio, dispensa o uso de outros
produtos químicos, tais como: algicidas, fungicidas, inibidores de corrosão e dispersantes,
diminuindo e até mesmo eliminando a necessidade dos ciclos de descarga/recomposição de água.
1.8.6. Outras Aplicações
O ozônio também pode ser utilizado para o tratamento de água de piscinas, águas
engarrafadas, filtros residenciais, criações de peixes, etc.
Resumindo pode-se afirmar que o ozônio realiza as seguintes funções na água: [2]
• Degradação de substâncias orgânicas;
• Desinfecção;
• Eliminação microorganismos;
• Eliminação de bactérias;
• Inativação dos vírus;
• Melhora substancial de sabores e odores;
• Eliminação de coloração atípica;
• Floculação de matérias em suspensão;
• Eliminação de elementos químicos tóxicos tais como ferro, enxofre, chumbo,
mercúrio, cromo, cádmio e manganês;
• Desestabilização de materiais coloidais;
28
29
• Quebra moléculas orgânicas dos hidrocarbonetos usuais tais como: gasolina,
óleos e fenóis.
1.9. Conclusões
Como principais vantagens do emprego do ozônio em estações de tratamento de água
tem-se: [2]
• O Ozônio é um poderoso oxidante.
• A desinfecção ocorre rapidamente.
• A quantidade de cloro para manutenção de desinfetante residual na água é reduzida
com emprego do ozônio.
• Não há alteração na composição da água .
• Pode ser usado para remoção de pesticidas ou outras substâncias orgânicas, tais
como: detergentes sintéticos, herbicidas, etc.
• Na sua decomposição na água, produz unicamente oxigênio.
• Seu poder oxidante não é afetado pelo pH da água.
• Concentração residual rapidamente removida.
• Fácil instalação e manutenção.
• Não há risco de efetuar uma super dosagem já que o ozônio rapidamente reverte em
oxigênio.
As principais desvantagens do emprego do ozônio no tratamento de água são: [2]
29
30
• O ozônio é um gás tóxico em altas concentrações; sendo a sua concentração máxima
permissível na atmosfera de 0,1 ppm.
• Não deixa resíduo para uma ação desinfetante posterior.
• A produção se torna complicada quando a temperatura e a umidade são elevadas.
• As águas com alto teor de matéria orgânica (principalmente algas) exigem um pré-
tratamento para satisfazer a demanda de ozônio.
30
31
2. Estudo e Dimensionamento do Protótipo
2.1. Introdução
Neste capítulo serão descritos os componentes necessários para a construção do protótipo
de gerador de ozônio, como o dimensionamento da célula e um fluxograma explicando o
programa que será implantado microprocessador da unidade de controle.
2.2. Características do Protótipo
O protótipo de gerador de ozônio que será utilizado para tratamento de água, são
requeridas as seguintes características:
• Produção de ozônio de 400mg/h;
• Controle de temperatura na célula geradora de ozônio;
• Controle da potência do gerador;
• Controle sobre o tempo de operação do gerador.
31
32
2.3. Diagrama de Blocos do Protótipo
A figura 2.1 representa o diagrama em blocos do protótipo do gerador de ozônio
implementado neste trabalho.
Figura 2.1. – Diagrama de blocos do gerador de ozônio.
Para a implementação de um Gerador de Ozônio para Tratamento de Água, é necessário
a construção de três blocos principais, compostos pela célula geradora de ozônio, unidade de
potência e unidade de controle.
O primeiro componente a ser projetado é a célula geradora de ozônio, uma das partes
mais importantes do gerador, tendo a função de transformar o oxigênio em ozônio. Esta célula
deverá funcionar em conjunto com a unidade de potência já implementada e cedida pela empresa
OZ Engenharia, para a construção do gerador proposto no trabalho. Será necessário construir
uma célula que se adapte a unidade de potência já usada em outros aparelhos.
O segundo componente a unidade de potência, foi cedida pela OZ Engenharia, fornece na
saída alta tensão e alta freqüência aplicadas na célula geradora de ozônio, dimensionada neste
trabalho. Isto permite romper a ligações de oxigênio para formar ozônio.
32
33
O terceiro componente a unidade de controle é um sistema eletrônico, projetado neste
trabalho, para realizar um monitoramento da temperatura na célula, controle de potência e
limitação do tempo de funcionamento diário do gerador.
O detalhamento de todas as partes do gerador é descrito no capítulo que segue.
2.4. Célula Geradora de Ozônio
O ozônio pode ser gerado de diversas maneiras, sendo que a maioria delas requer que as
ligações estáveis da molécula de oxigênio sejam divididas em dois átomos de oxigênio. Os
átomos divididos reagem quase que imediatamente com a molécula do oxigênio, para formar o
ozônio.
A produção do ozônio será realizada neste trabalho pelo processo corona o qual consiste
em aplicar uma descarga elétrica em um fluxo de ar ou oxigênio. De difícil transporte e
armazenamento, o ozônio é geralmente produzido próximo ao local onde será utilizado.
A Figura 2.2 mostra esquematicamente o funcionamento de uma célula geradora de
ozônio. [2]
Figura 2.2. – Esquema da célula geradora de ozônio.
No gerador de ozônio, geralmente a tensão varia de 0,8 a 15 kV e a freqüência de 60Hz a
90kHz. Como é produzido calor na geração de ozônio, é necessário o uso de água ou ar para a
33
34
refrigeração. As instalações necessitam de vários equipamentos tais como termômetro,
medidores de vazão de ar, equipamentos de preparação do ar, filtros, compressor, resfriador,
dispositivo de controle de potência, dispositivo de refrigeração de água, unidades de eliminação
do excesso de ozônio, medidor (da concentração de O3 no ar antes da aplicação e na saída).
A composição de um sistema de ozonização depende fundamentalmente das
características do ar de alimentação que deve ser isento de impurezas, com a menor umidade
possível. Como o ar ambiente é muito úmido, contém água em sua composição, sendo necessário
um dispositivo de secagem, para reduzir a concentração de água, para que não ocorra curto
circuito na célula geradora de ozônio.
Há dois sistemas usuais na geração de ozônio: um a partir do oxigênio puro e outro a
partir do ar. A geração a partir do oxigênio puro pode ser realizada utilizando cilindros de
oxigênio.
A Figura 2.3 mostra o fluxograma da ozonização quando se usa oxigênio na alimentação.
Figura 2.3. – Fluxograma de ozonização empregando oxigênio na alimentação.
Para efeito de economia, o ar é mais utilizado como fonte de oxigênio, mas a
concentração de ozônio gerado é praticamente a metade do que quando usado oxigênio puro.
A geração de ozônio a partir do ar necessita de um pré-tratamento do mesmo. As etapas
desse pré-tratamento são: filtração, compressão, resfriamento e desumidificação.
34
35
Em pequenas ou médias instalações, utiliza-se sistema de secagem a frio, seguido de
materiais dessecadores (gel de silício) como os usados nos grandes equipamentos. É
recomendável que a temperatura e a umidade do ar sejam baixas. Isto é indispensável, pois se o
gás apresentar vapores de água o rendimento cai. [3]
A Figura 2.4 mostra o fluxograma da ozonização quando se usa ar na alimentação.
Figura 2.4. – Fluxograma de ozonização com ar na alimentação.
35
36
A tabela 2.1 descreve um resumo das vantagens e desvantagens do emprego do ar,
oxigênio e ar enriquecido [2].
Gás de alimentação
Vantagens Desvantagens
Ar
• sistema mais comum; • baixo custo; • aplicado em pequenas e grandes plantas.
• formação de derivados de N2; • alto consumo de energia; • exigência maior no preparo do gás; • máxima concentração de ozônio de 3 a 5 %*.
Oxigênio
• aproximadamente o dobro da capacidade de produção em relação a alimentação com ar; • altas concentrações de ozônio de 8 a 14%*; • fácil preparo do gás.
• operação de equipamento mais cautelosa; • abastecimento constante; • custo do gás .
Ar enriquecido
• reduz os custo para uma baixa demanda de ozônio; • maior flexibilidade de aplicação.
• plantas mais complexas de operação.
* Quantidade de ozônio gerada (%) em relação ao gás de alimentação.
Tabela 2.1. – Vantagens e desvantagens do tipo de gás de alimentação.
2.4.1. Dimensionamento da Célula Geradora de Ozônio
O ozônio será produzido através do efeito corona que consiste em aplicar uma descarga
elétrica em um fluxo de ar ou oxigênio.
Para dimensionar a célula, torna-se necessário definir a quantidade de ozônio a ser
produzida.
De acordo com [2], teoricamente são necessários 2960 J aplicados à célula, para produzir
1 g de ozônio. Com base nesta referência e sabendo que a mesma energia é descrita por,
36
37
tPotW ×= (3.1)
onde:
W = energia [J];
Pot = potência consumida pela célula [W];
t = tempo [s].
é possível deduzir que a potência necessária para produzir 1 g de ozônio no intervalo de 1
min. é:
W333,49602960 ==Pot
(3. 2)
Considerando fatores adicionais que interferem no processo de produção do ozônio pelo
efeito corona, tais como luz e calor, assume-se de acordo com [2] que apenas 10% da potência
aplicada é transferida para geração do ozônio. Com isto, é possível estabelecer uma expressão
teórica para cálculo da potência elétrica aplicada a célula com relação a uma determinada
produção do ozônio:
PkPot ×= (3.3)
onde:
k = coeficiente de produção de ozônio = 493,33 [W.(min/g)]
Então, a potência necessária para produzir 0,4 g/h ( 0,0067g/min) de ozônio é:
W3053,30067,033,493 =×=Pot (3.4)
A expressão para a capacitância total da célula Ct é dada por [2]:
37
38
( ) dA
rrln
2C o
ie
o t ⋅⋅=
⎟⎠⎞⎜
⎝⎛
⋅⋅⋅= εε
εεπ (3.5)
onde:
ε, εo = constante dielétrica relativa e absoluta [F/m];
re, ri = raio externo e raio interno do dielétrico [m];
A = área dos eletrodos [m2];
d = distância entre os eletrodos [m].
A capacitância do dielétrico Cd e a capacitância da lacuna de gás Cg são descritas palas
seguintes equações [2]:
er
rln1..l..2C
de
erod ⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−
= εεπ (3.6)
r
erln1..l..2C
e
feog ⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ += επ
(3.7)
onde:
l = comprimento da célula [m];
ed = espessura do dielétrico [m];
ef = espessura da lacuna de gás [m].
Uma vista mais detalhada da célula, em 3 dimensões, é ilustrada na figura 2.5:
38
39
Figura 2.5. – Vista detalhada da célula.
A quantidade de ozônio gerada é diretamente proporcional a potência aplicada na célula
[2].
VC
CCVfVC4Pot s
d
gdosd ⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ +−⋅⋅⋅⋅= (3.8)
onde:
Pot = potência aplicada à célula [W];
Vo = tensão de pico aplicada à célula [V];
f = freqüência de operação [Hz].
Por sua vez, a tensão Vs de centelhamento, necessária para geração do efeito corona, é
dada por [2]:
1480ep26550V fas +⋅⋅= (3.9)
onde:
pa = pressão absoluta do gás de alimentação [kPa].
Sabendo a potência necessária a ser utilizada na célula (3.4), determinando a freqüência
de operação e tensão aplicada à mesma e utilizando as equações descritas em (3.5), (3.6), (3.7),
(3.8) e (3.9), pode-se estipular sua geometria com vários combinações de comprimento, raio
39
40
externo e espessura do dielétrico para calcular as dimensões de confecção da célula. Foram
levadas em conta, as dimensões dos materiais disponíveis no comércio.
Os valores calculados, que se tornou compatível com a especificação descrita na equação
3.4, e os materiais disponíveis e que puderam ser adquiridos para o projeto, resultaram:
l = 17 cm;
re = 0,5 cm;
ed = 1 mm;
ef = 1,5 mm.
O rendimento do gerador de ozônio aumenta, quanto maior a diferença de potencial
aplicada, porém maior é o risco de rompimento (defeito, quebra) dos eletrodos. Além do mais,
com uma diferença de potencial elevada, há a elevação da temperatura e temperaturas elevadas
aumentam a taxa de destruição do ozônio. É preciso considerar que somente 10% da energia
elétrica aplicada é efetivamente usada na conversão O2 - O3, sendo a maior parte convertida em
calor, o que implica na necessidade de sistemas de refrigeração para aplicações em escala real.
[6]
A otimização econômica do processo de geração é alcançada pela aplicação simultânea
de baixa diferença de potencial associada à alta freqüência da corrente elétrica, isto porque uma
baixa diferença de potencial favorece a durabilidade dos eletrodos e provoca menor aumento de
temperatura, ao mesmo tempo que a alta freqüência da corrente elétrica fornece elétrons de alta
energia para o rompimento das duplas ligações da molécula de oxigênio. [6]
2.5. Unidade de Potência
A unidade de potência usada no protótipo foi fornecida pela OZ Engenharia, para a
implementação do gerador de ozônio para tratamento de água. A célula projetada deverá
funcionar com esta unidade.
40
41
As especificações técnicas da unidade de potência são as seguintes:
• Tensão de alimentação: 127/220 Volts;
• Freqüência da alimentação: 60Hz;
• Tensão de saída: 1000 Volts;
• Freqüência de saída: ajustável de 30kHz até 80kHz.
2.6. Unidade de Controle
Para este gerador de ozônio foi projetado um circuito de controle representado na figura
2.6 que deve ser capaz de controlar a potência do gerador, realizar um monitoramento e controle
sobre a temperatura da célula e também programar o tempo de operação (timer) do gerador.
VCCVCCD15
U4L7812/TO220
1 3VIN VOUT
3.0VJP5
3.0VD16
Figura 2.6. – Esquema elétrico do circuito de controle.
R3470
Q7BC337
1
2
3
P2.2
R23270
DB2
R174K7
SW3
12
53
412
0
J5
KRE
123
CH1
0
SDA
0
JP1
JUMPER
12
J1
KRE
123
RL1
DB5
CH1
SCL
VCC
0
D8
D9
1N4148RL2
RL3
RST
Q6BC337
1
2
3
SW2
12
1N4007C51000u
DB6
VCC
D31N4007
DB3
DB7
D21N4007
TEST
SW1
12
R7
2k2
D11N4007
DB7
R22
100
2G
ND
RL2
JP2
I2C
1234
DB1
3.0V
0
D18
1N4007
0
CH3
0
JP4
MSP
123456
BZ1
0
DB2
VCC
RL1
DB5
3.0V
0
RST
DB4
0
BZ1
TEST
D17
1N4007
Y132KHz
DB0
IMENTAÇÃO12
U5L317/TO93
3
1
2VIN
AD
J
VOUT
R14
2K2
0
0
D10
U2
MSP430F1232
2
5
6
17
10224
282726252423
1516
1314
171819
20
211211983
VCC
XOUT
XIN
TESTRST/NMIP2.2P1.1GND
P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2
P3.4/TXP3.5/RX
P3.2P3.3
P3.6P3.7P2.3
P2.4
P1.0P3.1P3.0P2.1P2.0P2.5
C610u
E
R8
2k2
R6
2k2
P1.1
VCC
R1470
0
R164K7
0
CH2
DB6
53
412
R114K7
53
412
0
Q5BC337
1
2
3
D19LIGADO
RL3
Q4BC337
1
2
3
1N4007
CH2
DB4
D6
CH3
SCL
RS
U8
DISPLAY LCD
789
10 2
3
1
1615
654
11121314
D0D1D2D3 VCC
VO
GND
BL+BL-
ER/WRS
D4D5D6D7
SDA
DB3
E
0
R124K7
0
J2
KRE
123
R24
0
0
VCC
RS
DB0
BUZINAR2470
0
P2.2
R211K
C81u
P1.1
3.0V
R134K7
DB1
(c) I2C
(b) display
(a) regulador de tenção
41
42
O circuito ilustrado na figura 2.6 implementa todas as funções requeridas pelo protótipo,
tendo como componente principal o microcontrolador MSP430F1232.
O circuito é composto por duas fontes de tensão reguladas em 5 V e 3 V na figura 2.6(a)
empregando reguladores do tipo LM7805 e LM317, tem um display na figura 2.6(b) para
realizar a interface com o usuário. O circuito tem ainda resistores e LEDs utilizados para a
sinalização de fonte e reles acionados, conta com um sensor de temperatura I2C na figura 2.6(c)
da Texas (TMP101), as características do sensor estão em anexo, e possui também um buzzer
para a necessidade de programar um alarme.
O circuito tem 7 conectores para conexões que são:
• JP1, para escolher se deseja acionar o buzzer ou deixar desligado;
• JP2, que faz a conexão com o sensor de temperatura;
• JP4, que faz a conexão do gravador com o microcontrolador;
• JP5, que faz a conexão do transformador com os reguladores de tensão;
• J1, J2, e J5, que faz a conexão da célula com os relés.
As micro-chaves SW1, SW2 e SW3 terão suas funções explicadas quando for detalhado
o programa do microcontrolador.
O circuito irá controlar a potência do gerador através, do acionamento dos reles, de
acordo com a escolha do usuário.
O sensor de temperatura será programado para desligar todos os reles, que acionam as
células, quando atingir uma temperatura máxima determinada e volta a acionar em outra
temperatura mais baixa também determinada.
O display irá permitir o monitoramento da temperatura da célula, potência de operação e
tempo de acionamento.
O microcontrolador será programado em linguagem C.
42
43
2.6.1. Programa do Microcontrolador da Unidade de Controle
Este programa será responsável pelo controle dos relés, pela leitura do sensor de
temperatura, pela monitoração das micro-chaves, pelo controle do timer bem como por gerar
todas as informações e mostrar no display para que o usuário possa saber como o gerador de
ozônio está operando.
A figura 2.7 apresenta o fluxograma do programa contido no circuito da unidade de
controle, onde são mostradas todas as funções realizadas.
43
44
Configura a velocidade e os pinos de entrada e saída; Inicia o barramento I2C, o sensor de temperatura e o display de LCD. Potência = zero. TIMER = Desligado.
Escreve a tela inicial: “TCC Alberto Valdameri” Aguarda 4 segundos
Figura 2.7. – Fluxograma do programa implementado no microcontrolador.
Menu 0?
Escreve a tela: “Temp: Potencia:”
Tela escrita?
Escreve a tela: NÃO
Lê sensor de temperatura. Atualiza a tela
SIM
SIM
NÃO Tela escrita? “Tempo Acionado: NÃO -> ”
Lê o TIMER . Atualiza a tela
SIM
CH1?
controle= 1?
CH2?
Aumenta Potência controle+1
Diminui Potência Controle -1 Desliga Timer
Escreve: “Tempo Acionado: XX hrs -> OFF”
controle= 2?
controle= 3?
Relés desligados Escreve linha 2: “Potencia OFF”
Rele 1 ligado Escreve linha 2: “Potencia Baixa”
Rele 1 e 2 ligados Escreve linha 2: “Potencia Media”
Relés ligados Escreve linha 2: “Potencia Alta”
SIM
SIM
SIM
SIM
SIM
NÃO
NÃO
NÃO
T > 33ºC?
CH1?
CH2?
Aumenta Tempo tempo_f+1
Diminui Tempo tempo_f-1 NÃO
SIM
SIM
NÃO
tempo_f = 0? SIM
Liga Timer Escreve: “Tempo Acionado: XX hrs -> XX hrs”
TIMER =
tempo_f
Desliga Timer controle = 0 tempo_f = 0 Desliga Relés
SIM
NÃO
CH3?
Menu = 0 Menu = 1
Menu 1?
SIM
NÃO
SIM
SIM
NÃO
NÃO
NÃO
T < 27ºC? Memoria = Controle
SIM
NÃO
44
45
Quando o circuito da unidade de controle é ligado, o microcontrolador configura a
velocidade e os pinos de entrada e saída do mesmo, inicia o barramento I2C, o sensor de
temperatura e o display LCD. A potência inicialmente é zero e o timer está desligado. Em
seguida escreve uma tela inicial e aguarda 4 segundos para mostrar a próxima tela.
Após os 4 segundos a segunda tela é exibida, o menu começa com valor “zero” que
corresponde a tela Temp: e Potência:, se pressionada a micro-chave 3 (CH3) o valor do menu vai
pra “um” e exibe na tela Tempo Acionado:.
Quando a tela Temp: e Potência: está aparecendo no display é possível alterar a potência
do gerador pressionando a micro-chave 1 (CH1) para aumentar a potência ou a micro-chave 2
(CH2) para diminuir a mesma. A tela é atualizada aproximadamente a cada 0,5 segundos.
Com a tela Temp: e Potência: sendo exibida ou não, o programa sempre fica comparando
a temperatura atual com uma temperatura máxima determinada, por exemplo 33ºC, para que
quando atingida esta temperatura o gerador seja desligado para evitar o aquecimento da célula.
No momento que a temperatura cair a outra temperatura escolhida, a por exemplo 27ºC, o
gerador liga automaticamente na potência que estava anterior. O gerador nunca vai ligar quando
a temperatura máxima for atingida, mesmo se o usuário forçar, mas após o gerador ter sido
desligado por ter atingido a temperatura máxima e a temperatura chegar aos 30ºC o gerador pode
ser religado manualmente sem esperar a temperatura chegar aos 27ºC para que se religue
automaticamente.
Na tela Tempo Acionado sendo exibida é possível programar quanto tempo deseja que o
gerador fique ligado, usando a CH1 para aumentar ou a CH2 para diminuir o tempo de
acionamento. Ao desejar que o gerador fique ligado continuamente deve-se escolher a opção
XXxhrs -> OFF.
45
46
3. Protótipo Implementado
3.1. Introdução
Neste capítulo será mostrado como foi realizada a construção do protótipo do gerador de
ozônio, após ter sido realizado o dimensionamento teórico do mesmo. São apresentadas, a célula
de ozônio dimensionada, a unidade de controle implementado e o resultado final o protótipo de
gerador de ozônio com a união de todas as partes.
3.2. Célula Geradora de Ozônio
A célula construída para este trabalho a partir dos resultados calculados no capítulo
anterior, não necessita de água para resfriar, podendo ser refrigerada através de um fluxo de ar
realizado por um micro ventilador. A figura 3.1 mostra a célula construída.
Figura 3.1. – Célula geradora de ozônio.
Foi projetado também um suporte, mostrado na figura 3.2, para unir várias células para
formar um conjunto com vistas a uma maior produção de ozônio ocupando menos espaço físico
no gabinete de fixação final.
46
47
Figura 3.2. – Suporte para as células.
A figura 3.3 ilustra o conjunto de células que utilizado no protótipo do gerador de ozônio
implementado neste trabalho.
Figura 3.3. – Suporte com as células.
47
48
A figura 3.4 mostra o conjunto de células colocadas no interior de um cano de PVC. Sua
construção e principio de funcionamento, foram descritos anteriormente no item 2.3.1. A célula
foi fixada na parte interna do gabinete.
Figura 3.4. – Célula geradora de ozônio.
3.3. Unidade de Potência
Como visto anteriormente, a unidade de potência é responsável pela elevação de
tensão e freqüência aplicada à célula.
A unidade de potência, visualizada na figura 3.5, juntamente com a célula forma a
principal parte do gerador de ozônio. Suas especificações de funcionamento já foram descritos
anteriormente. A unidade foi fixada na parte interna dor gabinete do gerador.
Figura 3.5. – Unidade de potência.
48
49
3.4. Unidade de Controle
A seguir serão descritas as partes necessárias para implementar a unidade de controle.
3.4.1. Placa de Circuito Impresso da Unidade de Controle
A figuras 3.6 ilustram o layout da parte superior da placa projetada em OrCAD.
Figura 3.6. – Layout lado dos componentes.
A figuras 3.7 ilustram o layout da parte inferior da placa projetada em OrCAD.
Figura 3.7. – Layout lado da solda.
49
50
A figuras 3.8 ilustram o layout a mascara de componentes da placa projetada em OrCAD.
Figura 3.8. – Mascara dos componentes.
A figuras 3.9 mostra a foto tirada da parte superior da placa montada com os
componentes.
Figura 3.9. – Placa de controle – vista superior.
A figuras 3.10 mostra a foto tirada da parte inferior da placa montada com os
componentes.
50
51
Figura 3.10. – Placa de controle – vista inferior.
3.4.2. Gabinete da Unidade de Controle
A placa será acondicionada em uma caixa plástica como visto na figura 3.11.
Figura 3.11. – Gabinete circuito de controle.
A unidade de controle vista na figura 3.12, foi fixada na tampa do gabinete do gerador
de ozônio da figura 3.13.
51
52
Como explicado anteriormente esta unidade de controle, serve para controlar produção
de ozônio, monitora a temperatura da célula geradora de ozônio e também controla o tempo
de operação do gerador.
O nome dado a este protótipo de gerador de ozônio foi Val-Meier que é uma junção do
inicio do meu sobrenome com o final do sócio da OZ Engenharia André Rahmeier.
Figura 3.12. – Unidade de controle.
Figura 3.13. – Gabinete do gerador de ozônio.
52
53
3.4.3. Placa de Circuito Impresso do Sensor de Temperatura
A figura 3.14 mostra como ficou o Layout da placa do sensor de temperatura TP101
projetada no programa OrCAD.
Figura 3.14. – Layout da placa sensor temperatura.
3.4.4. Programação do Microontrolador
Neste item serão mostrado partes do programa implementado no microcontrolador.
1) Estas partes seguintes tem a função de mostrar as telas no display.
• Tela inicial:
Init_Display();
InitI2C();
frase = " TCC ";
Envia_frase (frase,16);
frase = "AlbertoValdameri";
Envia_Comando(0xC0);
Envia_frase (frase,16);
delaym(1000);
53
54
• Tela “Temp: e Potência:”
if (menu == 0 ){
if (tela){
Envia_Comando(0x80);
frase = "Temp: ";
Envia_frase (frase,16);
frase = "Potencia: ";
Envia_Comando(0xC0);
Envia_frase (frase,16);
tela = 0;
}
• Tela “Tempo Acionado:”
else{
if (!tela){
Envia_Comando(0x80);
frase = "Tempo Acionado ";
Envia_frase (frase,16);
frase = " -> ";
Envia_Comando(0xC0);
Envia_frase (frase,16);
tela = 1;
}
2) Estas partes seguintes tem a função de controlar as micro chaves.
• Aumento de potência:
if (!CH1)
{ delaym(10);
54
55
while(!CH1);
controle++;
delaym(10);
memoria = controle;
}
if (!CH2)
{ delaym(10);
while(!CH2);
controle--;
delaym(10);
memoria = controle;
}
if (controle >=4 | controle<0) controle = 0;
switch (controle){
case 0 : frase = "ZERO ";
RELE1=RELE2=RELE3=0;
break;
case 1 : frase = "Baixa ";
RELE1=1;
RELE2=RELE3=0;
break;
case 2 : frase = "Media ";
RELE3=0;
RELE2=RELE1=1;
break;
case 3 : frase = "Alta ";
RELE1=RELE2=RELE3=1;
break;
default:
frase = "ZERO ";
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• Tempo de acionamento:
if (!CH1)
{ delaym(10);
while(!CH1);
acionar++;
temp_f=0;
delaym(10);
}
if (!CH2)
{ delaym(10);
while(!CH2);
acionar--;
temp_f=0;
delaym(10);
}
3) Esta parte seguinte monitora a temperatura máxima que a célula pode chegar e qual a
temperatura que a célula volta a ser religada automaticamente.
if (TEMPH > 32) {
if (controle > memoria)
memoria = controle;
controle = 0;
}
if (TEMPH < 27) {
if (controle < memoria)
controle = memoria;
memoria =0;
}
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3.5. Controle de Vazão
O seguinte bloco envolve o sistema de circulação do gás interno ao equipamento
gerador de ozônio, sendo composto por um fluxômetro.
O fluxômetro regula e indica a quantidade do gás de alimentação. O fluxo de gás,
varia conforme a aplicação e o tipo de formas de contato do ozônio com a água. A idéia para
uma implementação é baseada no sistema de transferência de ozônio para água através de
venturis.
A especificação técnica do componente utilizado é:
a) fluxômetro de painel: 0-15 l/min de oxigênio.
O fluxômetro descrito acima foi utilizado no protótipo por ser o único encontrado no
mercado.
As peças envolvidas na confecção deste sistema devem ser de materiais resistentes ao
ozônio, tais como, aço inox, teflon, viniton, silicone entre outros disponíveis no mercado
O sistema de circulação de gás é visualizado na figura 3.15.
Vista lateral Vista interna Figura 3.15. – Sistema de circulação de gás.
57
58
A figura 3.16 ilustra os pontos de conexão para a alimentação de ar ou oxigênio e
saída de ozônio no gerador de ozônio.
Figura 3.16. – Conexão de alimentação de Ar/Oxigênio e saída de Ozônio.
Em um tratamento de água com este gerador, o ozônio será administrado através da
formação de vácuo formado por um venturi, mostrado na figura 3.17, conectado a saída do
gerador. As especificações deste componente estão em anexo.
Figura 3.17. – Venturi.
58
59
3.6. Resfriamento da Célula
A refrigeração da célula foi feita utilizando um micro-ventilador, mostrado na figura
3.18, que provoca uma circulação de ar internamente no gabinete em que a célula está fixada.
Para conseguir uma melhor refrigeração da mesma deveria ser feita por circulação de água, mas
o tamanho da célula aumentaria e teria que ser usada uma bomba para recircular esta água. Então
o tamanho do gerador aumentaria fisicamente, o consumo de energia ficaria maior e o valor do
equipamento também aumentaria. O resfriamento com o ventilador torna pela relação
custo/benefício, o gerador de ozônio um produto melhor para a comercialização e instalação do
mesmo.
Figura 3.18. – Ventilador para refrigeração da célula.
3.7. Gerador de Ozônio
Neste item é ilustrada a parte final da construção do gerador de ozônio. O diagrama de
blocos ilustrado na figura 2.1 foi implementado em um gabinete como ilustra a figura 3.20.
59
60
A união de todos os componentes, agrupados em um gabinete resultou no protótipo da
figura 3.19.
Figura 3.19. – Protótipo do gerador de ozônio.
3.8. Conclusão
Neste capítulo foi descrito todos os passos necessários para chegar ao final da construção
do protótipo do gerador de ozônio para tratamento de água.
60
61
4. Teste de Produção de Ozônio
4.1. Introdução
Neste capítulo serão demonstrados, os resultados obtidos, na realização do trabalho
proposto, através de analises químicas realizadas na OZ Engenharia.
Será feita uma análise da quantidade de ozônio produzida pelo gerador, onde se apresenta
uma relação experimental da produção de ozônio, em relação ao fluxo do gás de alimentação, de
forma a comparar com o dimensionamento teórico efetuado.
4.2. Resultados Referentes à Produção de Ozônio
Foi utilizado o método espectrofotométrico (Micronal, B382), onde o ozônio foi
monitorado no seu comprimento de onda característico (λ=258 nm) em uma cubeta para fluxo de
quartzo. Como técnica de referência para a determinação da produção de ozônio, utiliza-se
simultaneamente o método iodométrico (APHA, Standard Methods for the Examination of
Water and Wastewater,19th ed. Whashington, 1989).
A quantidade de ozônio produzida pelo gerador foi analisada através do método
iodométrico [2], que consiste basicamente nas seguintes etapas:
• Preparar uma solução de iodeto de potássio, KI, em água deionizada;
61
62
• Borbulhar o ozônio gerado pela máquina, em um frasco-lavador, oxidando assim
o KI em iodato de potássio, KIO3;
• Adicionar ao KIO3 ácido sulfúrico, em 5% de seu volume, pois este método de
avaliação necessita meio ácido;
• Titular a solução com tiusulfato de sódio, Na2S2O3, reduzindo-o assim, a KI
novamente.
• Relacionar a quantidade de Na2S2O3 utilizada, com a quantidade de ozônio
produzida pelo gerador em um determinado tempo.
O frasco lavador, onde foi borbulhado o ozônio na solução de KI pode ser visto na figura
4.1.
Figura 4.1. – Frasco lavador.
62
63
Com o resultado obtido através da análises do método iodométrico e do método
espectrofotométrico, foi obtida experimentalmente um resultado que pode ser visto na tabela 4.1.
Fluxo Ar [l/min] Produção O3 [mg/h] uma célula
Produção O3 [mg/h] quatro célula
1 128 512
Tabela 4.1. – Fluxo de Ar versus produção de O3.
4.3. Conclusão
Após feita a análise de produção de ozônio verificou-se que o protótipo de gerador de
ozônio construído produziu a quantidade de ozônio para que foi projetado.
.
63
64
5. Aplicações
O protótipo desenvolvido pode ser utilizado em uma gama muito grande de aplicações,
algumas delas serão discutidas a seguir. O sistema proposto pode ser utilizado para tratar água
em:
• Piscinas;
• Tratamento de efluentes;
• Torres de resfriamento;
• Poços artesianos.
5.1.1. Piscinas
O Ozônio pode ser usado no tratamento da água das piscinas conforme o sistema
mostrado na figura 5.1 para substituir total ou parcialmente o cloro nas piscinas, dependendo do
seu tipo. Ele é muitas vezes mais efetivo em eliminar bactérias e vírus que o cloro. O ozônio irá
manter uma água muito limpa sem o uso dos muitos produtos químicos usados para desinfetar,
ajustar o PH, ajustar a alcalinidade, etc.
64
65
Figura 5.1. – Tratamento de piscinas.
5.1.2. Tratamento de Efluentes
No correr dos anos o desenvolvimento das cidades, com indústrias e grandes centros
urbanos, vem exigindo uma solução mais eficiente quanto ao tratamento dos esgotos domésticos
e resíduos de processos industriais que o antigo lançamento em leitos de rios e lagos. As
pequenas quantidades do passado eram facilmente ‘eliminadas’ (ou oxidadas...), pela natureza,
cujos micro organismos presentes nesses sistemas eram eficazes, mas, os volumes atuais
requerem, as Estações de Tratamento de Efluentes representada na figura 5.2.
O ozônio é atualmente a forma mais eficiente, eficaz, rápida, limpa e segura de tratar ou
apenas polir o tratamento de efluentes, sejam eles residenciais (esgoto doméstico), industriais ou
águas de lagos e lençóis freáticos e poços artesianos e semi-artesianos. Além de ser ainda a
forma mais adequada e barata para remover o aroma de putrefação dos tratamentos biológicos e
flotuadores em plantas de tratamento já existentes.
65
66
Figura 5.2. – Estação de tratamento de efluentes.
5.1.3. Torres de Resfriamento
O ozônio gasoso é altamente reativo. O ozônio oxida (quebra) rapidamente a matéria
orgânica. Quando o ozônio encontra outro composto, um átomo de oxigênio irá soltar-se da
molécula de O3 e se ligar quimicamente ao composto, oxidando-o. O ozônio atualmente destrói
os compostos formadores de odores, eliminando o cheiro e transformando o ozônio de volta à
oxigênio (O2). O ozônio age 3120 vezes mais rápido que o cloro como um bactericida e é o mais
potente oxidante comercialmente viável para tratamento de água.[5]
O ozônio á capaz de oxidar a maioria das substâncias orgânicas e inorgânicas e também
age como um microfloculante ajudando na coagulação, precipitação e filtração de sólidos. O
ozônio reduz a formação de incrustação em torres de resfriamento chegando a eliminar a
incrustação existente. O ozônio diminui a corrosão em até 50% em alguns casos por reduzir
66
67
drasticamente as populações de bactérias e algas que ajudam na corrosão localizada no ambiente
de suas bases de fixação. [5]
Um dos maiores benefícios do ozônio é sua capacidade de evitar doenças e odores,
destruindo os organismos patogênicos.
Por eliminação dos microorganismos como as bactérias, vírus, musgos, fungos e algas, o
ozônio mantém o meio ambiente seguro e agradável, dando-lhe a proteção ecológica perfeita.
A figura 5.3 mostra como é possível aplicar ozônio nas torres de resfriamento.
Figura 5.3. – Torres de resfriamento.
5.1.4. Poços Artesianos
O ozônio é ideal para o tratamento de poços artesianos representado na figura 5.4.
Geralmente poços produzem água com concentrações de ferro, manganês, derivados de enxofre
e coliformes fecais em concentrações acima das permitidas pelas normas de saúde.
67
68
Estes componentes se apresentam na forma solúvel, ou seja, na forma de "ions" dando
cor e cheiro na água. Na forma de colóides são de separação difícil pelos filtros mecânicos
adequados. Na forma solúvel não são filtráveis até serem oxidados e retidos em nossos rins. [5]
As cores e os odores podem ser eliminados pela ação do ozônio. Os elementos químicos
formadores dos odores e das cores são reduzidos a CO2 e água. Áreas remotas ou urbanas com
poços artesianos irão encontrar no ozônio a melhor solução para o tratamento da água pois
nenhum produto químico será necessário para se obter em processo contínuo e automático a
melhor qualidade de água potável. [5]
Figura 5.4. – Poços Artesianos.
68
69
6. Conclusão Geral
As principais motivações que conduziram a elaboração do presente trabalho foram a
percepção de uma demanda inexplorada, a possibilidade de criar algo para tratamento de água,
um mercado que está em crescimento no Brasil, bem como a oportunidade de sedimentar com a
prática os ensinamentos adquiridos durante o curso, além de explorar novos conhecimentos. Sua
execução oportunizou o exercício dessas atividades de forma muito gratificante e produtiva.
A elaboração deste trabalho, envolveu a aplicação de uma série de técnicas e
metodologias bem atuais.
Julga-se que as principais contribuições resultantes deste trabalho sejam:
a) Apresenta um estudo básico sobre o que é o ozônio;
b) Apresenta um estudo sobre aplicações em que o ozônio pode ser utilizado;
O protótipo implementado neste trabalho é plenamente realizável, com inúmeras
aplicações, tornando-o uma ferramenta de grande auxílio, para tratamento de água.
Na primeira parte do trabalho foi realizado um estudo sobre, ozônio,com vistas o seu
conhecimento e aplicação.
Feito o estudo, foi definido como seria construído o gerador de ozônio e suas partes,
representados em um diagrama de blocos.
Com a definição dos blocos, a primeira coisa foi estudar o principio de produção de
ozônio, escolhido para esse trabalho. Foi feita uma pesquisa, visando a construção de um
protótipo de célula, para a utilização neste trabalho.
O próximo passo, foi o projeto e construção de um circuito de controle, com o auxilio de
professores de diversas disciplinas.
69
70
No final todas, as partes do protótipo foram unidas em um gabinete, formando um
gerador de ozônio para tratamento de água.
No futuro serão feitos aperfeiçoamentos no protótipo para aplicação comercial como por
exemplo:
• Construção de uma unidade de potência que suporto uma amperagem maior.
• Diminuição do tamanho da célula.
• Construção de uma fonte chaveada para substituir o transformador.
70
71
7. Referências Bibliográficas
[1] OKTE ENGENHARIA E CONSULTORIA LTDA – www.okte.com.br
[2] CERVA, Luciano Lohmann. Estudo e Implementação de um Gerador de Ozônio de
Pequeno Porte e Baixo Custo Aplicado a uma Estação de Tratamento de Água Didática.
Porto Alegre, 2003. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Faculdade de
Engenharia, Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul.
[3] SILVEIRA, Isabel Cristina Telles. Ozônio no Tratamento de Águas de Piscinas. Porto
Alegre, 2005. OZ Indústria de Equipamentos Geradores de Ozônio Ltda.
[4] TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED. “Device data book”. http://www.ti.com.
[5] DR. AR LTDA – www.drar.com.br
[6] BASSANI, Leandro. Desinfecção de efluente sanitário por ozônio: parâmetros
operacionais e avaliação econômica. Florianópolis, 2003. Dissertação (Mestrado em
Engenharia Ambiental) – Universidade Federal de Santa Catarina, 2003.
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Anexos
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Anexo 1
Datasheet MSP430F1232
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Anexo 2
Datasheet TMP101
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Anexo 3
Datasheet Relé
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Anexo 4
Gabinete Unidade de Controle
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Quadros de Distribuição Cemarplast II - Embutir
Linha Branca-Branca - Fundo Cinza, Porta e Tampa Opaca - Cor Branca
Linha Branca - Fundo Cinza, Porta e Tampa Opaca - Cor Branca
Linha Transparente - Fundo Cinza e Tampa Opaca - Cor Branca e Porta Fumê Transparente
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Anexo 5
Gabinete Gerador de Ozônio
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Quadros de Comando Tipo CE
• Quadros de comando com flange. * Produtos fornecidos sob consulta. Não constam na lista de preços. OBS.: Quadros de comando com dimensões especiais e acessórios para quadros de comando, sob consulta.
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Anexo 6
Fluxômetro
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Anexo 7
Venturi
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Injetores tipo venturi
Para tubo de Ø 3/4” Sucção de até 98 l/h Para tubo de Ø 1” Sucção de até 280 l/hPara tubo de Ø 1 1/2” Sucção de até 680 l/hPara tubo de Ø 2” Sucção de até 1800 l/h
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Anexo 8
Ventilador
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Anexo 9
Laudo de produção de ozônio
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OZ – IND. DE EQUIPAMENTOS GERADORES DE OZÔNIO LTDA CENTRO DE PESQUISA E DESENVOLVIMENTO EM TECNOLOGIAS LIMPAS
Av. Ipiranga, 6.681 – Prédio 93A - Sala 204 - Parque Tecnológico da PUCRS TECNOPUC - Bairro Partenon - CEP 90619-900 - Porto Alegre – RS
Telefone +55 51 3336 0796 / Fax +55 51 3024 8850 E-mail: [email protected]
www.ozengenharia.com.br
Porto Alegre, 20 de novembro de 2006
Laudo de Ensaio
Ensaios experimentais para verificação da produção de ozônio foram realizados no
aparelho de ozonização modelo Protótipo Alberto. Foi utilizado o método espectrofotométrico
(Micronal, B382), onde o ozônio foi monitorado no seu comprimento de onda característico
(λ=258 nm) em uma cubeta para fluxo de quartzo. Como técnica de referência para a
determinação da produção de ozônio, utiliza-se simultaneamente o método iodométrico (APHA,
Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater,19th ed. Whashington, 1989).
O aparelho de ozonização foi alimentado com ar ambiente previamente desunificado (25
°C, 1 atm) num fluxo de 1 L min-1.
Os resultados indicam que o equipamento produz em média no mínimo 128 mg O3 h-1 por
célula de geração (total de 04 células aproximadamente 0,5 g O3 h-1), apresentando boa
reprodutibilidade, estabilidade e linearidade, mostrando não haver picos de emissão.
A avaliação foi realizada através do convênio firmado TA001/05 – OZ/PUCRS.
_________________________ Fábio C. Rahmeier OZ Engenharia
90
91
Anexo 10
Código fonte
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92
/* *************************************************************/ #include <io430x12x2.h> #include <intrinsics.h> // // **************************************************************** // ** P R O T O T Y P E S ** // **************************************************************** // void Set_DCO(void); void init_iopins(void); void Init_Display(void); void Envia_2nibbles (int dado); void delay(unsigned int tempo); void delaym(unsigned int tempom); void Envia_Caracter(char dado); void Envia_Comando(int dado); void Envia_frase (char *texto,int nl); void InitI2C (void); void StartI2C (void); void StopI2C (void); void WriteI2C (unsigned char dado); unsigned char ReadI2C (void); void SendACK (void); void SendNACK (void); void RecvACK (void); void EnvCI2C (int valor,int Slave); void InitTEMP (void); void Le_Sensor (void); void MostraDISP (unsigned char inteiro, unsigned char decimal); // // **************************************************************** // ** Configura direção dos pinos do processador!!! ** // ** Inicializa I/Os ** // **************************************************************** // void init_iopins(void) { rs; e; display; display1; display2; scl;
92
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rele1; rele2; rele3; ch1; ch2; ch3; RS = 0; E = 0; P1OUT = 0x00; P2OUT = 0x00; P3OUT = 0x00; DB7 = 0; DB6 = 0; DB5 = 0; SCL; RELE1 =0; RELE2 =0; RELE3 =0; } #pragma vector=TIMERA1_VECTOR __interrupt void Timer_A(void) { switch( TAIV ) { case 2: break; // CCR1 not used case 4: break; // CCR2 not used case 10: contador ++; // overflow if (contador >= 5) { contador = 0; temp_f ++; if (temp_f >12) temp_f = 0; } break; } } int main( void ) {
93
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char *frase; int controle=0, memoria=0, menu = 0, tela =1, acionar=0; watchdog_off; Set_DCO(); init_iopins(); InitTEMP(); Init_Display(); InitI2C(); frase = " TCC "; Envia_frase (frase,16); frase = "AlbertoValdameri"; Envia_Comando(0xC0); Envia_frase (frase,16); delaym(1000); TACTL = TASSEL_1 + MC_2 + TAIE; // ACLK, contmode, interrupt __enable_interrupt(); while(1){ if (acionar) if (temp_f == acionar){ controle=memoria=0; RELE1=RELE2=RELE3=0; } if (!CH3) { delaym(10); while(!CH3); if (menu) menu =0; else menu = 1; delaym(10); } if (menu == 0 ){ if (tela){ Envia_Comando(0x80); frase = "Temp: "; Envia_frase (frase,16); frase = "Potencia: ";
94
95
Envia_Comando(0xC0); Envia_frase (frase,16); tela = 0; } Le_Sensor(); Envia_Comando(0x85); MostraDISP (TEMPH,TEMPL); if (TEMPH > 32) { if (controle > memoria) memoria = controle; controle = 0; } if (TEMPH < 27) { if (controle < memoria) controle = memoria; memoria =0; } if (!CH1) { delaym(10); while(!CH1); controle++; delaym(10); memoria = controle; } if (!CH2) { delaym(10); while(!CH2); controle--; delaym(10); memoria = controle; } if (controle >=4 | controle<0) controle = 0; switch (controle){
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case 0 : frase = "ZERO "; RELE1=RELE2=RELE3=0; break; case 1 : frase = "Baixa "; RELE1=1; RELE2=RELE3=0; break; case 2 : frase = "Media "; RELE3=0; RELE2=RELE1=1; break; case 3 : frase = "Alta "; RELE1=RELE2=RELE3=1; break; default: frase = "ZERO "; } Envia_Comando(0xCA); Envia_frase (frase,5); delaym(10); } else{ if (!tela){ Envia_Comando(0x80); frase = "Tempo Acionado "; Envia_frase (frase,16); frase = " -> "; Envia_Comando(0xC0); Envia_frase (frase,16); tela = 1; } if (!CH1) { delaym(10); while(!CH1); acionar++; temp_f=0; delaym(10); } if (!CH2) { delaym(10); while(!CH2); acionar--; temp_f=0; delaym(10);
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} Envia_Comando(0xC0); if (temp_f >9) { Envia_Caracter (49); Envia_Caracter (temp_f+38);} else { Envia_Caracter (temp_f+48); Envia_Caracter (' '); } Envia_frase (" hrs",4); Envia_Comando(0xCA); if (acionar > 12) acionar = 12; if (acionar < 0 ) acionar = 0; if (acionar==0){ Envia_frase("OFF ",6); temp_f = 0; } else { if (acionar >9) { Envia_Caracter (49); Envia_Caracter (acionar+38);} else { Envia_Caracter (acionar+48); Envia_Caracter (' '); } Envia_frase (" hrs",4); } } } } // // **************************************************************** // ** Init_Display 4bits ** // **************************************************************** // void Init_Display(void) {
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int dado=0; E = 0; dado = 0x38; Envia_Comando (dado); dado = 0x38; Envia_Comando (dado); dado = 0x0E; Envia_Comando (dado); dado = 0x06; Envia_Comando (dado); dado = 0x01; Envia_Comando (dado); } void Envia_2nibbles (int dado) { int dado_aux = 0; dado_aux = dado; dado = dado >> 4; dado = dado | 0xF0; P1OUT = P1OUT | 0x0F; P1OUT = P1OUT & dado; E = 1; delaym (50); E = 0; delaym (50); dado = dado_aux; dado = dado | 0xF0; P1OUT = P1OUT | 0x0F; P1OUT = P1OUT & dado; E = 1; delaym (50); E = 0; delaym (50); } void Envia_Comando(int dado) { int i,dadoaux=0; P1OUT = 0x00; for (i=0;i<5;i++){
98
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if (i == 4) dadoaux = dadoaux << 1; if (dado & mascara[i]) dadoaux ++; if (i != 4) dadoaux = dadoaux << 1; } P1OUT = dadoaux; if (dado & mascara[7]) DB7 = 1; else DB7 = 0; if (dado & mascara[6]) DB6 = 1; else DB6 = 0; if (dado & mascara[5]) DB5 = 1; else DB5 = 0; RS =0; delay(1); E = 1; delay(10); E =0; delaym (1); } void Envia_Caracter(char dado) { { int i,dadoaux=0; P1OUT = 0x00; for (i=0;i<5;i++){ if (i == 4) dadoaux = dadoaux << 1; if (dado & mascara[i]) dadoaux ++; if (i != 4) dadoaux = dadoaux << 1; } P1OUT = dadoaux; if (dado & mascara[7]) DB7 = 1; else DB7 = 0; if (dado & mascara[6]) DB6 = 1; else DB6 = 0; if (dado & mascara[5]) DB5 = 1; else DB5 = 0; RS =1; delay(1); E = 1; delay(10); E =0; delaym (1); }
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} void Envia_frase (char *texto,int nl) { int j; for (j=0;j<nl;j++) Envia_Caracter(texto[j]); texto ++; } //**************************************************************** //** Rotinas de D E L A Y ** //**************************************************************** void delay(unsigned int tempo) { do (tempo--); while (tempo != 0); } void delaym(unsigned int tempom) { do { tempom--; delay (1000); } while (tempom != 0); } // // **************************************************************** // ** A J U S T A D C O ** // **************************************************************** // void Set_DCO(void) { unsigned int i, Compare, Oldcapture = 0; for (i = 0xFFFF; i > 0; i--); // Delay for XTAL to settle BCSCTL1 |= DIVA_3; // ACLK = LFXT1CLK/8 CCTL2 = CM_1 + CCIS_1 + CAP; // CAP, ACLK TACTL = TASSEL_2 + MC_2 + TACLR; // SMCLK, cont-mode, clear
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while (1) { while (!(CCIFG & CCTL2)); // Wait until capture occurred CCTL2 &= ~CCIFG; // Capture occurred, clear flag Compare = CCR2; // Get current captured SMCLK Compare = Compare - Oldcapture; // SMCLK difference Oldcapture = CCR2; // Save current captured SMCLK if (DELTA == Compare) { break; // Break loop } else if (DELTA < Compare) { DCOCTL--; if (DCOCTL == 0xFF) // DCO is too fast, slow it down if (BCSCTL1 & 0x07) BCSCTL1--; // DCO role under?, Sel lower RSEL else break; // Error condition, break loop } else { DCOCTL++; // DCO is too slow, speed it up if (DCOCTL == 0x00) if ((BCSCTL1 & 0x07) != 0x07) BCSCTL1++; // DCO role over? Sel higher RSEL else break; // Error condition, break loop } } TACTL = 0; // Stop Timer_A CCTL2 = 0; // Stop CCR2 BCSCTL1 &= ~DIVA_3; // ACLK = LFXT1CLK } //**************************************************************** //** INITI2C ** //**************************************************************** void InitI2C (void) { SDAO; SCL; sdao = 1; scl = 1;
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} //**************************************************************** //** STARTI2C ** //**************************************************************** void StartI2C (void) { SDAO; sdao = 1; delay (500); scl = 1; delay (500); sdao = 0; delay (500); scl = 0; delay (500); } //**************************************************************** //** STOPI2C ** //**************************************************************** void StopI2C (void) { SDAO; sdao = 0; delay (500); scl = 1; delay (500); sdao = 1; delay (500); } //**************************************************************** //** WRITEI2C ** //**************************************************************** void WriteI2C (unsigned char dado) { int i; SDAO;
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for ( i= 0; i<8 ; i++){ if (dado & mascara1[i]) sdao = 1; else sdao = 0; delay(500); scl = 1; delay(500); scl = 0; delay(500); } } //**************************************************************** //** READI2C ** //**************************************************************** unsigned char ReadI2C (void) { int i; unsigned char dado =0; SDAI; for ( i= 0; i<8 ; i++){ scl = 1; delay(200); dado = dado << 1; if (sdai == 1) dado++; delay(500); scl = 0; delay(500); } return dado; } //**************************************************************** //** SENDACK ** //**************************************************************** void SendACK (void) { SDAO; sdao = 0; scl = 1; delay (500); scl = 0; delay (500); }
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//**************************************************************** //** SENDNACK ** //**************************************************************** void SendNACK (void) { SDAO; sdao = 1; scl = 1; delay (500); scl = 0; delay (500); } //**************************************************************** //** RECVACK ** //**************************************************************** void RecvACK (void) { SDAI; scl = 1; delay (500); scl = 0; delay (500); } //**************************************************************** //** ENVCI2C ** //**************************************************************** void EnvCI2C (int valor,int Slave) { StartI2C(); WriteI2C(Slave); RecvACK(); WriteI2C(valor); RecvACK(); StopI2C(); } //**************************************************************** //** Inicia Sensor ** //**************************************************************** void InitTEMP (void) { StartI2C(); WriteI2C(SlaveAdrW); //slave address com modo de escrita ADD0 em float
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RecvACK(); WriteI2C(1); RecvACK(); WriteI2C(0x78); RecvACK(); StopI2C(); } //**************************************************************** //** LE_Sensor ** //**************************************************************** void Le_Sensor (void) { StartI2C(); WriteI2C(SlaveAdrW); RecvACK(); WriteI2C(0); RecvACK(); StartI2C(); WriteI2C(SlaveAdrR); RecvACK(); TEMPH = ReadI2C(); SendACK (); TEMPL = ReadI2C(); SendACK (); StopI2C(); } void MostraDISP (unsigned char inteiro, unsigned char decimal) { unsigned char unidade=0,dezena=0,centena =0,a=0,b=16,c=0,j; centena = inteiro/100; dezena = inteiro %100; unidade= dezena%10; dezena /= 10; if (centena) Envia_Caracter(centena+48); if (centena || dezena) Envia_Caracter(dezena+48); Envia_Caracter(unidade+48);
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Envia_Caracter('.'); a = ((decimal>>4) & 0x0F); for (j=0;j<2;j++){ c = (10*a) %b; a = (10*a)/b; Envia_Caracter(a+48); a = c; } Envia_Caracter(0xDF); Envia_Caracter('C'); }
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