CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção está relacionada a tecnologias em tratamento e reuso de água. Mais particularmente, a presente invenção está relacionada a uma unidade de monitoramento de água de resfriamento de sistemas de resfriamento, e um método associado a ela.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] O monitoramento de sistemas de resfriamento, em especial da água de resfriamento, utilizado em sistemas de resfriamento, geralmente, é realizado por análises de laboratório em amostras coletadas rotineiramente e pela avaliação da corrosividade obtida por taxas de corrosão de corpos de prova em contato com determinado meio.

[0003] Entretanto, as análises químicas realizadas em amostras coletadas no campo retratam um evento no passado. O mesmo ocorre com a corrosividade, cuja avaliação é obtida após a exposição do corpo de prova em contato com a água por um período, normalmente, de cerca de 30 dias.

[0004] Assim, as perturbações operacionais que porventura ocorram durante os intervalos de amostragem, não podem ser observadas por essas técnicas.

[0005] Técnicas alternativas de monitoramento em tempo real estão disponíveis comercialmente, mas são pouco utilizadas devido ao custo associado ou quando aplicadas, são parcialmente integradas a outros parâmetros de monitoramento em tempo real como, por exemplo, a condutividade e o potencial de oxirredução.

[0006] O acompanhamento da qualidade da água de resfriamento é geralmente obtido após análises químicas em amostras coletadas no campo, que inclui o transporte, o recebimento, a execução e a emissão do resultado. Estas ações demandam disponibilidade de profissionais e de recursos.

[0007] Os testes analíticos, indispensáveis para garantir a qualidade e a adequação da água de resfriamento às necessidades operacionais, fazem parte da rotina de acompanhamento da qualidade da água de sistemas de resfriamento.

[0008] A correlação entre o processo corrosivo, os parâmetros físico-químicos e as mudanças operacionais é deficiente no atual cenário. Atualmente há uma grande defasagem no tempo de interpretação dos dados em função das limitações inerentes à execução de cada uma das técnicas.

[0009] A sinergia entre ambas as técnicas é fundamental para a adequada mitigação dos processos corrosivos, incrustantes ou microbiológicos. O acompanhamento da evolução, em tempo real, de parâmetros responsáveis por fenômenos de deterioração de equipamentos permitiria respostas corretivas no tratamento químico de sistemas de resfriamento. Isto possibilita o aumento indireto da vida útil de equipamentos através de ajustes imediatos na dosagem dos produtos químicos.

[0010] Atualmente, o tratamento químico de sistemas de resfriamento é completamente dependente de produtos comerciais disponibilizados por empresas prestadoras de serviços. As empresas atuantes nesta área, serviços terceirizados de tratamento de águas de resfriamento, estão focadas principalmente no acompanhamento do tratamento químico, com uma abordagem técnica limitada em relação aos impactos de contaminantes na integridade dos equipamentos, o que gera diagnósticos precários dos processos corrosivo, incrustante ou microbiológico, e pode também impactar na redução da confiabilidade operacional e reduzir a segurança operacional.

[001 1] O estado da técnica compreende alguns documentos que revelam dispositivos e sistemas que possibilitam realizar análises específicas em amostras de água, como será apresentado a seguir.

[0012] O documento WO2010086857A1 revela um cartucho descartável para uso em análise de amostras em um analisador automatizado de monitoramento de qualidade de água que possui reservatórios para reagentes e uma câmara de reação montados em uma plataforma. A câmara de reação é projetada de modo a movimentar-se na plataforma e assim receber os reagentes adequados para a realização da análise da água.

[0013] O documento EP497518A1 revela melhorias de procedimento analítico para monitoramento de água de resfriamento circulante em um sistema de arrefecimento de reator nuclear. A melhoria consiste no pré-condicionamento das amostras de água, através do ajuste do seu pH, de modo a estabilizá-la, mantendo em solução os íons que se deseja pesquisar. O ajuste de pH é feito, preferencialmente, com a injeção de dióxido de carbono (C0 ₂ ).

[0014] O documento WO1995003997A1 revela um sistema de automático para de injeção de produtos químicos e para“blown-down” da água de resfriamento. O sistema é constituído de dois sensores. O primeiro mede o potencial de oxirredução da água e atua diretamente na injeção de produtos químicos quando o potencial de oxirredução medido atinge um valor predeterminado. O segundo sensor mede a condutividade da água e aciona a abertura da válvula de “blown- down” do sistema quando a condutividade medida atinge um valor pré-determinado.

[0015] No entanto, os dispositivos descritos em tais documentos não descrevem um equipamento móvel, capaz de monitorar até onze parâmetros relacionados à avaliação físico- química de sistemas de resfriamento, ajustar dosagem de produtos químicos, testar novas formulações de tratamento de água ou otimizar as dosagens dos produtos empregados.

[0016] Em adição, o estado da técnica demonstra uma demanda por um sistema de monitoramento de água de resfriamento que proporcione a potencial redução da quantidade de análises realizadas em laboratórios externos, otimizando o monitoramento, e a indicação em tempo real de eventuais desvios das características da água, possibilitando ações de antecipação a danos e/ou corretivas no sistema como um todo.

[0017] Como será melhor detalhado a seguir, a presente invenção visa a solução dos problemas do estado da técnica, acima descritos, de forma prática e eficiente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0018] O objetivo da presente invenção é prover um sistema de monitoramento de líquidos que proporcione uma redução na demanda de análises em laboratórios externos e que indique em tempo real eventuais desvios das características do líquido, o que possibilitaria eventuais ações corretivas para evitar danos ao sistema.

[0019] De forma a alcançar o objetivo acima descrito, a presente invenção provê uma unidade móvel de monitoramento contínuo de água de resfriamento em fluxo que compreende: meios para captar um fluxo de água de resfriamento; meios para analisar uma pluralidade de parâmetros da água de resfriamento através de uma pluralidade de técnicas analíticas, gerando uma pluralidade de resultados relacionados a cada um dos parâmetros analisados; e meios para retornar o fluxo de água de resfriamento ao sistema de resfriamento.

[0020] Em adição, a invenção ainda provê um método de monitoramento contínuo de um fluxo de água de resfriamento, compreendendo as etapas de: captar um fluxo de água de resfriamento; analisar uma pluralidade de parâmetros da água de resfriamento através de diversas técnicas analíticas gerando resultados relacionados a cada um dos parâmetros analisados; e retornar o fluxo de água de resfriamento ao sistema de resfriamento. BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0021] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência.

[0022] A figura 1 ilustra um fluxograma esquemático de uma unidade móvel de monitoramento de água de resfriamento em fluxo, de acordo com uma configuração opcional da presente invenção.

[0023] A figura 2 ilustra um fluxograma esquemático de um sistema de transmissão de sinais e dados, de acordo com uma configuração especifica da invenção.

[0024] A figura 3 ilustra um fluxograma esquemático da transmissão de dados da unidade de monitoramento móvel de acordo com uma configuração específica da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0025] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de uma concretização preferencial da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essa concretização particular.

[0026] De uma forma mais ampla, em uma configuração específica, a unidade móvel de monitoramento contínuo de água de resfriamento consiste de um contêiner, onde estão instalados analisadores industriais, Controlador Lógico Programável (CLP), computador supervisório, painel elétrico, bombas dosadoras, tubulações e acessórios, além de duas bombas centrífugas.

[0027] A figura 1 ilustra um fluxograma esquemático de uma unidade móvel de monitoramento de água de resfriamento em fluxo, de acordo com uma configuração opcional da presente invenção.

[0028] A unidade móvel de monitoramento de água de resfriamento da invenção reúne, de forma integrada, os instrumentos necessários para aquisição de dados analíticos relacionados ao monitoramento de qualidade da água de resfriamento.

[0029] De um modo geral, a unidade móvel de monitoramento de um fluxo de água de resfriamento em fluxo opera em linha com o sistema de resfriamento 1 em que é aplicada, captando e retornando água de resfriamento, e integra diferentes técnicas analíticas, a fim de facilitar a aquisição de dados.

[0030] Em outras palavras, a unidade móvel de monitoramento contínuo de água de resfriamento em fluxo compreende meios para captar água de resfriamento, meios para analisar uma pluralidade de parâmetros da água de resfriamento através de diversas técnicas analíticas, gerando resultados relacionados a cada um dos parâmetros analisados, e meios para retornar a água de resfriamento ao sistema de resfriamento 1 .

[0031] Da mesma forma, a invenção também provê um método de monitoramento contínuo de água de resfriamento compreendendo as etapas de captar um fluxo de água de resfriamento, analisar uma pluralidade de parâmetros da água de resfriamento através de diversas técnicas analíticas, gerando resultados relacionados a cada um dos parâmetros analisados, e retornar a água de resfriamento ao sistema de resfriamento 1 . [0032] De acordo com uma configuração particular, os parâmetros analisados podem ser escolhidos dentre: perda de massa de corpos de prova; taxas de corrosão por sondas corrosimétricas; cloro residual livre; cloro residual total; oxigénio dissolvido; pH; potencial de oxirredução; condutividade; turbidez; formação de biofilme e índice de deposição.

[0033] O método de monitoramento contínuo de um fluxo de água de resfriamento em fluxo ainda prevê, opcionalmente, etapas de: verificar se o resultado da análise de cada parâmetro da água de resfriamento está de acordo com a especificação e executar uma ação corretiva para cada parâmetro da água de resfriamento que está fora do valor padrão estabelecido.

[0034] Para tal, a unidade de monitoramento pode compreender um sistema de controle adaptado para realizar todas as ações descritas no parágrafo anterior. O sistema de controle adotado pode ser qualquer um conhecido no estado da técnica e deve estar interligado, e controlando, uma pluralidade de válvulas, bombas 2 e sensores necessários para que o sistema funcione devidamente.

[0035] A este respeito, ressalta-se que os meios para analisar uma pluralidade de parâmetros da água de resfriamento podem compreender sensores específicos para analisar cada parâmetro da água de resfriamento. Os tipos e quantidades de sensores adotados podem variar de acordo com cada aplicação, em que mais de um sensor, de mais de uma técnica analítica, pode ser utilizado para analisar o mesmo parâmetro, se desejado.

[0036] Em adição, o método de monitoramento contínuo de um fluxo de água de resfriamento em fluxo pode compreender uma etapa de descartar uma porção de água de resfriamento coletada, após a realização de pelo menos uma análise de um parâmetro. Essa etapa pode ser necessária nos casos em que o processo de análise da água de resfriamento altere as características da água, podendo causar danos ao sistema de resfriamento 1.

[0037] Assim, o método da invenção possibilita que a água de resfriamento seja continuamente monitorada, de modo que, quando for identificado algum desvio nos parâmetros estabelecidos, uma ação corretiva seja executada.

[0038] Várias ações corretivas podem ser adotadas e, em geral, compreendem a injeção de algum agente físico/químico no fluxo de água de resfriamento, de preferência à jusante do ponto de retorno da água de resfriamento ao sistema de resfriamento 1.

[0039] Os parâmetros da água de resfriamento analisados, bem como as técnicas analíticas adotadas podem variar largamente, de modo que as opções descritas no presente relatório, não passam de sugestões, que poderão ser alteradas de acordo com cada aplicação da invenção.

[0040] Opcionalmente, a unidade móvel de monitoramento de água de resfriamento em fluxo, por ser construída em estrutura de contêiner habitável, possui possibilidade de mobilização. A unidade ainda permite o levantamento de dados em diferentes plantas industriais.

[0041] No caso específico ilustrado na figura 1 , os meios para analisar uma pluralidade de parâmetros da água de resfriamento da unidade móvel de monitoramento contínuo de água de resfriamento em fluxo compreendem cinco tanques de produtos químicos que permitem desenvolver testes de desempenho de produtos químicos comerciais ou testar formulações inovadoras na área de tratamento químico de águas de sistemas de resfriamento ou otimizar dosagens de produtos empregados. O número de tanques adotados, obviamente, pode variar de acordo com cada aplicação e o número de análises a serem realizadas.

[0042] Além dos instrumentos analíticos, o sistema de controle da unidade de monitoramento pode compreender um sistema de operação e supervisão constituído por painel de alimentação (Painel Elétrico), alimentação elétrica de emergência (nobreak), controlador lógico programável (CLP), sistema supervisório, computador e modem. Este sistema será responsável pela aquisição, tratamento, armazenamento e transmissão dos valores gerados pelos analisadores.

[0043] Conforme já descrito, a unidade de monitoramento é construída de forma a permitir o deslocamento da mesma opcionalmente através do içamento da unidade, completamente montada, e deslocamento por caminhão até o ponto de interesse. Uma vez posicionada, a unidade de monitoramento é conectada hidraulicamente ao sistema, em que a água de resfriamento é coletada à jusante do sistema de resfriamento 1 (torre de resfriamento) e retorna ao sistema em um ponto à montante do sistema de resfriamento ou na torre de resfriamento.

[0044] A Unidade de Monitoramento Móvel pode compreender diversos equipamentos para que a mesma funcione da maneira desejada. Esses equipamentos são comuns a diversos sistemas e podem compreender: bombas centrífugas 2 e mangueiras; tanques de produtos químicos 3; bombas dosadoras de produtos químicos 5; tanque de residência para sonda multiparâmetro 4; painel elétrico; sistema de energia auxiliar (nobreak); painel de controle; computador supervisório; ar condicionado e bancada com pia.

[0045] Opcionalmente, as bombas centrífugas 2 podem ser especificadas para permitir o deslocamento do fluido do ponto de captação ao contêiner com vazão de operação de 10m ³ /h, e mangueiras flexíveis de cerca de 50m compõem o conjunto.

[0046] Os tanques de produtos químicos 3 são, opcionalmente, em número de cinco e incluem misturadores, bombas dosadoras 5 e solenoides. Estes dispositivos permitem que a ação de produtos químicos seja testada, individualmente ou em conjunto, na água captada pela unidade de monitoramento. Isto permite que sejam desenvolvidos testes com produtos químicos comerciais ou com produtos químicos em fase de desenvolvimento.

[0047] Além dos tanques de produtos químicos 3, a unidade móvel de monitoramento pode compreender um tanque de residência 4 associado a uma sonda multiparâmetro adaptada para medir pH, turbidez, condutividade e potencial de oxirredução.

[0048] A fonte de alimentação da unidade de monitoramento pode ser proveniente de parte externa ao contêiner, por tomada trifásica fêmea, a prova de tempo, que conecta o painel elétrico a fonte de energia. Essa fonte de energia pode ser tanto outro painel elétrico de igual tensão nominal, localizado na planta onde a unidade estiver operando, quanto um gerador a diesel ou a gasolina, que atenderá a unidade em locais onde não existir outra fonte disponível.

[0049] O painel elétrico foi configurado para operar com três barramentos diferentes: dois de 220 V, sendo que um para os componentes alimentados pelo sistema de energia auxiliar (instrumentos, analisadores e bombas) e outro para os componentes não alimentados pelo nobreak (ar condicionado, iluminação e tomadas); além de outro de 380 V para os agitadores dos tanques de produtos químicos.

[0050] Essas características de alimentação foram utilizadas no modelo ilustrado, no entanto, um técnico no assunto saberá determinar a melhor configuração para cada caso. Assim, essa característica não representa um limitante ao escopo de proteção da presente invenção.

[0051] A figura 2 ilustra um fluxograma esquemático de um sistema de transmissão de sinais e dados, de acordo com uma configuração especifica da invenção.

[0052] A figura 3 ilustra um fluxograma esquemático da transmissão de dados da unidade de monitoramento móvel de acordo com uma configuração específica da invenção.

[0053] A automação da unidade permite que os analisadores e demais dispositivos operem como uma estação de coleta de dados remota. Pode-se dividir a automação da unidade, para fins de entendimento, em dois sistemas: o de controle, constituído principalmente pelo controlador lógico programável, e o sistema supervisório.

[0054] O sistema de controle é instalado em painel de automação, onde está instalado o CLP, os módulos de entradas e saídas (analógicas e digitais), a fonte de alimentação e os módulos de comunicação. Os dados dos analisadores de cloro (amperométrico e colorimétrico), amónia, formação de biofilme, sonda multiparâmetro e transmissores, bem como os sinais de acionamento das válvulas e bombas são recebidos pelo CLP e disponibilizados pelo sistema supervisório, conectado ao CLP através de cabo ethernet. Na porta lateral esquerda do painel de automação existe uma botoeira de parada emergência, cujo acionamento resulta na parada total da unidade.

[0055] Em uma concretização possível, o sistema supervisório é instalado em computador, que funciona como estação de trabalho no interior do contêiner, em que é instalado um aplicativo proprietário que permite a criação de telas supervisórias customizadas da unidade de monitoramento móvel, cujo acompanhamento, no campo, possibilita que os parâmetros selecionados e descritos anteriormente, assim como funções auxiliares, como acionamento de válvulas solenoides, alarmes, etc. sejam visualizados.

[0056] O sistema supervisório recebe todos os dados disponibilizados pelo CLP e, através de comunicação digital, os dados do analisador de índice de deposição e das sondas corrosimétricas. As telas do supervisório apresentam o status de funcionamento dos analisadores, dos instrumentos e das bombas, além de permitir o acionamento e o controle da unidade. O supervisório possui ainda entrada manual para a inserção dos dados necessários ao cálculo de taxa de corrosão por técnica de perda de massa.

[0057] Os dados coletados pelo supervisório são configurados em formato adequado e enviados por via remota para servidor FTP. No servidor de aplicação foi criada uma rotina de coleta de dados do servidor FTP, repassando-os ao servidor SQL (banco de dados). Este banco de dados armazena em três tabelas diferentes as leituras de dados realizadas pelos instrumentos analíticos instalados na Unidade de Monitoramento Móvel. Isto permite o acompanhamento em tempo real dos parâmetros monitorados, de forma a promover uma ação corretiva ou preventiva no processo o qual faz uso do monitoramento.

[0058] Outro componente a ser destacado é o controle de temperatura interna da unidade de monitoramento. A ação eventual de técnicos na manipulação de amostras e de líquidos é possível através de bancada (pia).

[0059] Pelo exposto até agora, fica claro que a unidade de monitoramento móvel possui as seguintes abordagens principais: monitoramento de corrosividade, parâmetros físico-químicos e biológicos; coleta e transmissão de dados remotos; unidade de testes de tecnologias; validação de correntes alternativas de águas para sistemas de resfriamento; e diagnóstico e otimização do tratamento químico empregado.

[0060] Portanto, a invenção incorpora tecnologias de monitoramento de água de resfriamento de forma inédita de forma a proporcionar o monitoramento dos principais parâmetros físico- químicos de controle da qualidade de água de resfriamento em plantas industriais.

[0061] A coleta dos dados remota foi idealizada de forma a permitir a identificação de perturbações no controle dos parâmetros físico-químicos monitorados em resposta a eventos, como por exemplo, deficiências no tratamento com produtos químicos ou aumento da taxa de corrosão por contaminação inesperada. A coleta de dados dos analisadores é centralizada em uma IHM (Interação Homem-Máquina) cujo supervisório é responsável pelo agrupamento dos dados e o envio, em formato adequado, via celular para área de FTP.

[0062] A unidade de monitoramento móvel descrita no presente relatório ainda foi concebida como uma unidade piloto de testes de tecnologias associadas ao tratamento químico de água e de efluentes de forma a minimizar os impactos na planta industrial ou identificar tecnologias de monitoramento remoto cujos parâmetros sejam relevantes para o acompanhamento da qualidade de águas e de efluentes. Deste modo, muitas características ora descritas podem ser adaptadas, de forma que o escopo de proteção da invenção não se restringe à concretização ora descrita.

[0063] Ainda, a unidade de monitoramento móvel foi concebida com duas bombas centrífugas 2 que tem a função de captar água ou efluente do ponto de interesse, como por exemplo, água de resfriamento nas bacias de torres de resfriamento 1. Alternativamente, pode-se captar diretamente de alguma derivação disponível.

[0064] Após a captação, a água segue um circuito definido de forma a atender as características operacionais de cada analisador. Um pequeno volume pode ser descartado, em função das características operacionais de cada analisador. A corrente de água, após passagem pelos analisadores, retorna à torre de resfriamento 1 , através de tubulação direcionada à bacia da torre de resfriamento.

[0065] A unidade possui mangueiras flexíveis que se conectam à unidade de monitoramento móvel que permitem o posicionamento da unidade em até 50m de distância da captação.

[0066] Também é previsto o fornecimento de energia elétrica direta ou de gerador alternativo. Eventuais preparos de corpos de prova ou de soluções reagentes poderão ser executados na bancada com pia.

[0067] Novamente com referência à figura 1 , observa-se que, na configuração ilustrada, a unidade de monitoramento móvel foi concebida em um contêiner adaptado com oito instrumentos analíticos mais quatro árvores de testes que possibilitam o monitoramento de até onze parâmetros relacionados à avaliação das características físico-químicas de sistemas de resfriamento visando, principalmente, o reuso de água e de efluentes de forma autónoma e independente dos equipamentos de monitoramento empregados por empresas prestadoras dos serviços de tratamento de água.

[0068] Devido às características demonstradas acima, a unidade de monitoramento móvel da presente invenção pode ainda ser utilizada em diferentes plantas industriais que fazem uso de água de resfriamento com o objetivo de avaliar a qualidade dessa água. [0069] A água de resfriamento efluente de sistemas de resfriamento pode apresentar alguma contaminação. Esta contaminação pode resultar em impactos graves à integridade de equipamentos de plantas industriais, reduzindo a confiabilidade operacional e a vida útil dos equipamentos.

[0070] Assim, a invenção será uma ferramenta essencial na seleção de fontes alternativas de água para a reposição de sistemas de resfriamento, possibilitando o planejamento do reuso de água de diferentes origens. Também será possível avaliar os impactos na integridade dos equipamentos imediatamente após a introdução de água ou de efluente no sistema de resfriamento 1.

[0071] Ajustes específicos no tratamento químico da água de resfriamento também serão possíveis, de modo a garantir a sua eficácia, simulando as condições operacionais específicas para as diferentes características de águas e de efluentes.

[0072] Em adição, a unidade de monitoramento móvel também pode ser usada como um instrumento de pesquisa de campo, pois incorpora conceitos de mobilidade, flexibilidade, automação e transmissão de dados.

[0073] O arranjo concebido permitirá: ajustes imediatos na dosagem de produtos químicos, a partir do monitoramento de parâmetros; estudos de avaliação e de seleção de produtos químicos em campo, permitindo a utilização de água de reposição de diversas origens, bem como o reuso de efluentes em sistemas de resfriamento.

[0074] A invenção também se revela uma ferramenta eficaz no enfrentamento de cenários de escassez hídrica, ou descarte zero, uma vez que a unidade de monitoramento móvel possibilita a reutilização, ao máximo, de correntes aquosas, com a flexibilidade no uso de fontes primárias de água para aplicação em plantas industriais. [0075] Portanto, a unidade móvel de monitoramento contínuo de água de resfriamento em fluxo é um projeto pioneiro em reuso de água.

[0076] Vantajosamente, a implantação de unidade de monitoramento móvel dentro de plantas industriais foi concebida de forma a não impactar na rotina operacional, através de uma estrutura compacta, viabilizando testes rápidos e integrados.

[0077] Adicionalmente, a invenção possibilita uma redução na demanda de análises em laboratórios próprios ou contratados, otimizando o monitoramento e possibilitando um melhor diagnóstico da qualidade da água, uma vez que os dados coletados pela unidade de monitoramento serão importantes na seleção e na combinação de tecnologias de tratamento químico da água em plantas industriais que necessitem reduzir a corrosão em equipamentos e tubulações, principalmente quando a água é proveniente de fontes alternativas, como água de reuso industrial.

[0078] A disponibilização desse sistema favorecerá ainda os processos de auditoria e de acompanhamento dos serviços prestados em águas dos sistemas de resfriamento, uma vez que a invenção inclui sensores e equipamentos para o monitoramento em tempo real da qualidade das águas. O sistema de monitoramento é também importante ferramenta de pesquisa para validação e viabilização de redução de custos com o reuso de águas com foco em regiões onde haja escassez hídrica, suprindo uma carência técnica nessa área.

[0079] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção do presente pedido são permitidas. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações/concretizações particulares acima descritas.