Tratamento de Água: Abrandamento

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Tratamento de Água
Abrandamento
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Perguntas Frequentes
O que é água dura?
Água com altos teores de cálcio e magnésio
Quais os sintomas observados ?
Pouca espuma quando está utilizando detergente, sabão ou shampoo.
Precipitação de sabão/ detergente sobre as roupas e cabelo podendo manchar ou retirar o brilho. 
Formação de incrustações em tubulações, aquecedores, entupimento de chuveiro
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A água dura não é prejudicial à saúde para ser bebida, mas apresenta efeitos indesejáveis nos aparelhos que usam água, nas tubulações, nas roupas, na pele e no cabelo.
Os minerais contidos na água podem acumular-se e formar depósitos e incrustações em tubulações, torneiras, pias, aquecedores, etc.
Os sabões e detergentes não fazem boa espuma, conseqüentemente devem ser empregados em maiores quantidades.
O cabelo e a pele propiciam sensação de estarem secos e ásperos.
Problemas associados com a água dura
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Graus de dureza da água
 Geralmente são consideradas como “águas duras” aquelas que contem mais de 60 ppm (mg/L) de sais de cálcio e magnésio dissolvidos.
 Como referência a água da Sabesp possui cerca de 20 ppm de Dureza.
		Grau de dureza
		ppm (mg/L)
		BRANDA
		0 - 17
		LEVEMENTE DURA
		17,1 - 60
		MODERADAMENTE DURA
		61 - 120
		DURA
		121 - 180
		MUITO DURA
		181 ou mais
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Como tratar a água dura
A solução do problema pode ser alcançada através de "abrandamento de água“, processo de troca iônica, onde resinas carregadas ionicamente substituem os íons dos minerais de dureza ( Cálcio e Magnésio ) por íons de sódio.
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O que é e como funciona um Abrandador?
A água tem a propriedade de dividir algumas moléculas dissolvidas (moléculas iônicas) em partículas com carga "positiva" e "negativa" que são chamadas de "íons". Os íons com carga positiva são chamados de "cátions" e as de carga negativa de "ânions".
A resina atua trocando dois tipos de íons presentes na água (cálcio e magnésio) por outro (sódio) presente na solução de salmoura. A troca ocorre na superfície da resina.
Somente os cátions da resina são livres para se movimentarem. A porção de ânions da resina é tão grande e estável que não pode ser dissolvida pela água, e conseqüentemente não é livre.
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Do que é feita a resina?
A resina catiônica empregada no Abrandador pertence a um grupo tido como moderno, em termos de tecnologia. Formada a partir do estireno polimerizado sulfonado, sua principal característica é a estabilidade química, o que permite atuar em diversas temperaturas e diversos tipos de qualidade de água.
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O processo de Abrandamento
O ciclo de abrandamento
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O processo de Abrandamento
 O ciclo de regeneração 
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Reação Química no Abrandador
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Dimensionamento do Abrandador
Os abrandadores de água funcionam sob o princípio da seletividade, que está baseada na valência e peso molecular do íon.
Os cátions divalentes (com duas cargas positivas) serão mantidos na resina catiônica com preferência sobre os cátions monovalentes (uma carga positiva).
A seletividade sobre os cátions com a mesma carga será baseada no peso molecular. Quanto maior seja o peso molecular maior é a seletividade da resina catiônica. 
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Seletividade da resina frente a cátions
		Elemento
		Símbolo
		Carga
		Peso Molecular
		Seletividade
		Bário
		Ba
		+2
		137,34
		Maior
		Ferro
		Fe
		+2
		55,847
		(
		Cálcio
		Ca
		+2
		40,08
		(
		Magnésio
		Mg
		+2
		24,305
		(
		Potássio
		K
		+1
		39,102
		(
		Sódio
		Na
		+1
		22,9898
		(
		Hidrogênio
		H
		+1
		1,008
		Menor
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Fatores que afetam a capacidade do Abrandador
1- Taxa de vazão
2- Volume do leito de resina
3- Dosagem de sal e regeneração
4- Tempo de contato
5- Mudanças de condições
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Taxa de vazão
Se menor que a especificada:
Aumento do tempo de contato entre a água e o leito de resina
Tendência de surgimento de caminhos preferenciais no leito, com redução de sua eficiência.
Se maior que a especificada:
Redução do tempo de contato entre a água e o leito de resina
Redução da eficiência de remoção de dureza
Possibilidade de fuga do leito 
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Volume do leito de resina
Se menor que o especificado:
Redução do tempo de contato entre a água e o leito de resina
Necessidade de aumento da freqüência das regenerações
Maior eficiência alcançada na regeneração
Se maior que o especificado:
Aumento do tempo de contato entre água e o leito de resina
A freqüência das regenerações poderá ser diminuída
Menor eficiência alcançada na regeneração causada principalmente pela dificuldade de se conseguir a fluidização do leito
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É fundamental para a eficiência do Abrandador!
A dosagem de sal é o que provavelmente tem maior impacto sobre a capacidade do Abrandador. Baixas dosagens de sal podem diminuir a capacidade e aumentar o vazamento de dureza. 
A concentração de sal normalmente fica entre 8 e 15% (a salmoura saturada tem 26,6%). Esta salmoura é reduzida numa corrente de diluição e passa através do leito de resina. 
Dosagem de sal
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Quedas de eficiência
Sazonalidade na concentração de dureza 
Aumento da vazão do sistema
Freqüência de regeneração
Qualidade da regeneração
Mudanças de condições
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Os ciclos do abrandador
1- Ciclo de serviço
2- Retro-lavagem
3- Entrada da salmoura
4- Enxágüe lento
5- Enxágüe rápido
6- Volta ao ciclo de serviço
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1- Ciclo de serviço: 
	Neste ciclo o Abrandador aceita água bruta e fornece água branda. A duração do ciclo, para uma unidade que regenera diariamente é de 22 horas ou mais, mas geralmente o ciclo de serviço ou campanha é medido em dias, sendo determinado pela capacidade da unidade em função da demanda de água branda.
2- Retrolavagem: 
	A taxa de retrolavagem deve ser o suficientemente alta para expandir o leito pelo menos em 50%.
	A retrolavagem geralmente dura entre 10 e 15 minutos. Este ciclo pode ser ajustado dependendo da qualidade da água de alimentação, se ela tiver alta concentração de sólidos em suspensão a retrolavagem deverá ser aumentada. 
Os ciclos do Abrandador
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3- Entrada da salmoura:
	A solução da salmoura é transportada do tanque de salmoura para o tanque de resina. Isto é realizado por um injetor tipo venturi localizado na válvula de controle. A duração do ciclo depende da quantidade e concentração de sal, mas geralmente é de 20 minutos.
4- Enxágüe lento: 
	A solução de salmoura é empurrada através do leito de resina para permitir a troca iônica entre a resina e a salmoura, a resina recupera os íons de sódio e libera os de cálcio e magnésio. A duração do ciclo pode ser entre 30 e 70 minutos.
Os ciclos do Abrandador
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5- Enxágüe rápido: 
	Para remover os cloretos (e o gosto salgado) do leito de resina e comprimir as pérolas de resina, é passado um fluxo "rápido" de água através da unidade. Este ciclo dura entre 4 e 15 minutos.
6- Volta ao ciclo de serviço: 
	Após o enxágüe rápido a unidade está pronta para entrar em operação normal e fornecer água abrandada.
Tempo médio gasto na regeneração: 1h e 30 mim
Os ciclos do abrandador
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Salmoura para Regeneração
A salmoura deve ser preparada a partir de sal grosso não iodado.
NÃO utilizar sal refinado pois este aglutinará na entrada do equipamento prejudicando o venturi.
Normalmente os equipamentos completam o tanque de salmoura com água após a retrolavagem, porém o sal em geral deve ser colocado manualmente.
Estabelecer uma periodicidade de reposição do Sal Grosso no tanque de forma a sempre ser encontrado sal insolúvel no mesmo.
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Condições de operação
Dois parâmetros devem ser cuidadosamente observados para obter uma operação satisfatória do Abrandador:
Pressão mínima requerida na entrada
do Abrandador 1,4 bar (20 psi). No caso da água provir de um reservatório, esta deverá estar a no mínimo 20 metros de altura, ou ser bombeada, para compensar todas as perdas de pressão do Abrandador e do sistema.
A taxa de bombeamento deverá ser suficiente para obter uma boa retro-lavagem do leito do Abrandador.
O Abrandador deverá operar com temperatura da água inferior a 38oC. Para temperaturas superiores a 38oC deverá ser verificada a especificação da resina.
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Limitações dos Abrandadores
1- Ferro:
	A presença de ferro na água de alimentação do Abrandador pode afetar severamente a capacidade de troca iônica da resina. 
	O ferro no estado ferroso (dissolvido) pode ser removido da água por resina de troca iônica, porém este processo em geral é irreversível. O ferro penetra no núcleo da resina que não pode ser regenerada. Porém existem resinas novas no mercados especificas para Ferro que são capazes de adsorver e expulsar o ferro na regeneração com salmoura. Estas resinas possuem núcleo fechado.
	Se o ferro é oxidado previamente, antes que alcance o leito do Abrandador, ele toma uma forma gelatinosa que poderá ser filtrada, sobre ou dentro do leito de resina. Este precipitado é muito difícil de ser removido do leito e o seu recobrimento das partículas de resina reduzem consideravelmente a sua capacidade de troca. 
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2- Manganês:
	O manganês pode aderir às partículas de resina e causar os mesmos problemas que o ferro. Assim como no outro caso o emprego de resinas de núcleo fechado permite o Abrandamento mesmo com a presença de ferro e manganês sem prejuízo à resina no momento de regeneração.
	Porém é preciso lembrar que a preferência iônica da resina é por Ferro, seguido de Manganês e somente depois dos Carbonatos (dureza), com isso sub dimensionamento de leitos poderão acarretar retirada do ferro e manganês sem baixar o teor de dureza. Deve-se prever a quantidade de resina necessária para adsorver os 04 tipos de iôns ao mesmo tempo. ( Fe, Mn, Ca e Mg )
Limitações dos Abrandadores
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Limitações dos Abrandadores
3- Cloro: 
	O cloro degrada a estrutura da partícula de resina, dissolvendo e inchando essa estrutura. Ocorre então o desgaste da resina quando ela é lavada. Se a cloração é usada para a oxidação do ferro, etc., deverá ser instalado um filtro de carvão para remover o cloro antes do Abrandador.
4- Turbidez:
	As partículas da turbidez que são suficientemente grandes para ficarem retidas na superfície do topo do leito poderão ser removidas pela retrolavagem. No entanto, os resíduos que podem ser arrastados para dentro do leito poderão recobri-lo, ou serem retidos permanentemente. Rapidamente o tanque do Abrandador começará a encher com resíduos o que resultará num aumento substancial da perda de pressão.
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Troca da Mídia ( Resina )
Recomenda-se a troca de Resina num tempo máximo de operação de 36 meses ( 3 anos ).
Procurar sempre utilizar Resinas Homogêneas e com alto grau de adsorção. Resinas de qualidade inferior poderão reduzir os tempos de campanha e/ou a eficiência de Abrandamento.
Podemos citar dois modelos de resina de alto teor de adsorção com diferentes aplicações:
Ecohouse 100: boa eficiência porém sensível ao Ferro e Manganês
Ecohouse T60: Alta capacidade de troca e também eficiente para remoção de Ferro e manganês dissolvidos, regenerável com salmoura
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Modelos de Abrandadores 3M Cuno
Linha ABR 
	ABR 2000 – 2 Cu.Ft de Resina
Linha OS
	OS 4015 – 4 Cu.Ft de Resina
	OS 5015 – 5 Cu.Ft de Resina
	OS 7015 – 7 Cu.Ft de Resina
Linha KS
	KS 10000 – 10 Cu.Ft de Resina
	KS 12000 – 12 Cu.Ft de Resina
	KS 15000 – 15 Cu.Ft de Resina
	KS 18000 – 18 Cu.Ft de Resina
Linha GS
	GS 25000 – 25 Cu.Ft de Resina
	GS 30000 – 30 Cu.Ft de Resina
	GS 40000 – 40 Cu.Ft de Resina
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ABR 2000
Abrandador de pequeno porte, em geral empregado em instalações residenciais e comerciais para vazões de até 2.000 litros/h.
Possui tanque em Polipropileno e Fibra de vidro sem costura
Tanque de salmoura incorporado
Cabeça Automática em 110V/60Hz
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Linha OS
Linha de Abrandadores de médio porte, em geral empregados em instalações comerciais para vazões de 5.000 a 7.000 litros/h.
Possuem tanque em Polipropileno e Fibra de vidro sem costura
Tanque de salmoura incorporado
Cabeça Automática em 110V/60Hz
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Linha KS
Linha de Abrandadores de grande porte, em geral empregados em instalações industriais para vazões de 10.000 a 18.000 litros/h.
Possuem tanque em Polipropileno e Fibra de vidro sem costura
Tanque de salmoura incorporado
Cabeça Automática em 110V/60Hz
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Linha GS
Linha de Abrandadores de porte, Municipal/Industrial para vazões de 25.000 a 40.000 litros/h.
Possuem tanque em Polipropileno e Fibra de vidro sem costura
Tanque de salmoura incorporado
Cabeça Automática em 110V/60Hz
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Dimensionamento de Abrandadores
O dimensionamento segue a equação:
			Vresina (L) = Q(m3/h). D(mg/L). t(h)
						60
			Vresina (ft3) = Vresina (L) 
					 28
Onde:
	Q = vazão volumétrica ( m3/h )
	D = concentração de dureza ( mg/l ou ppm )
	t = tempo de operação, sem considerar período de retrolavagem ( horas ) 
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O dimensionamento de Abrandadores não leva em conta somente a vazão de entrada, os outros fatores são tão ou mais importantes no cálculo. Percebe-se pela equação que é perfeitamente possível para uma mesma vazão de entrada termos necessidades completamente diferentes de tamanho de leito em função de variação no índice de dureza ou tempo de operação por exemplo.
O dimensionamento apenas por vazão é um erro muito comum no mercado e pode trazer prejuízos enormes à operação, reduzindo em muito os tempos de campanha como resultado de um sub dimensionamento de leito.
Dimensionamento de Abrandadores
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Exemplo de Dimensionamento
Parâmetros da água bruta de alimentação do Abrandador:
 Vazão: 14.400 L/h
 Concentração de dureza: 200 ppm
 Utilização 2 turnos de 8 horas/dia
Utilizando a fórmula:
Vresina (L) = Q(m3/h). D(mg/L). t(h) = 14,4 . 200 . 16 = 768 L
 60 60
 
Vresina (ft3) = Vresina (L) = 768 = 27,43 ft3
 		 28 28
Para atender os requisitos de vazão e volume
de resina é necessário um Abrandador GS30000
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O que nunca esquecer?
Antes de leitos de resina devo instalar sempre um filtro com carvão ativado, caso a água seja clorada (devido à incompatibilidade entre as resinas e o cloro);
Antes dos leitos de resina devo instalar um filtro de areia ou celulose para redução de particulado, prejudicial a resina
Devo retirar o Ferro ou Manganês antes dos leitos ou então aplicar resinas que possam ser regeneradas mesmo com adsorção deste elementos, prevendo sempre tamanhos de leito adequados.
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Algumas dicas de campo
 O carregamento de resina no Abrandador pode ser feito na forma seca ou molhada. É muito mais fácil sua introdução na forma seca, através de uso de um Funil.
 Recomenda-se que 2 pessoas façam este trabalho: enquanto uma enche o Abrandador com a resina, a outra deve se preocupar com a centralização do tubo sifão;
 Nunca esquecer de vedar o tubo sifão antes do carregamento para que não caia resina dentro deste. Sempre retirar essa vedação antes de operar o Abrandador.
Recomenda-se que o Abrandador seja cheio próximo ou no lugar onde será instalado devido ao peso do equipamento depois de carregado com resina.
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Algumas dicas de campo
Recomenda-se atenção durante o primeiro processo de regeneração, para se ter certeza que o equipamento está sugando a salmoura. Caso isso não tiver ocorrendo, recomenda-se a verificação do tubo coletor de salmoura localizado na extremidade interna do tanque de salmoura. Pode ser desentupido por fluxo de ar, água ou mecanicamente.
 Lembre sempre de recomendar ao usuário que tenha
máxima atenção com relação a reposição do sal no tanque de salmoura. Em equipamentos com operação automática, ao final de cada regeneração, o próprio equipamento retorna água limpa ao tanque de salmoura. Esta água, sendo adicionada continuamente, vai diluindo a salmoura remanescente.
 A eficiência do Abrandador está diretamente ligada ao processo de regeneração, pois o sal é o agente regenerante!