Exercicios TRATAMENTO DE ÁGUA

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EXERCICIO
1) Em um sistema com volume igual a 1000m³, se adicionou 30kg de produto químico. Quantos ppm de produto no sistema?
2) Para o caso de volume total igual a 3000m³, quantos kg de produto químico “BETA-123” Serão necessários para termos 100ppm de produto?
3) Quantos ml de solução a 5% do produto químico “BETA-123” serão necessários para fazer uma solução com 200ppm em um litro?
4) Teremos uma solução a quantos % se colocarmos 10 litros de “BETA-123” e completarmos para 300 litros de água?
5) Relacione as principais consequências da corrosão, incrustação e slime:
[01] CORROSÃO 	[ ] [ ] [ ]	Queda de eficiência nos trocadores de calor
[ ] [ ] [ ]	Vazamento após perfuração nos trocadores de calor
[ ] [ ] [ ]	Redução da resistência mecânica dos materiais
[ ] [ ] [ ]	Entupimento das tubulações dos trocadores de calor
[02] INCRUSTAÇÃO 	[ ] [ ] [ ]	Aumento da perda de carga e da redução da vazão
[ ] [ ] [ ]	Aceleração da corrosão
[ ] [ ] [ ]	Adsorção e consumo de produtos químicos usados no tratamento
[ ] [ ] [ ]	Queda de eficiência nas torres de resfriamento
[03] SLIME		[ ] [ ] [ ]	Deformação ou desprendimento do enchimento da torre de resfriamento
6) Um sistema de torre de resfriamento opera com as seguintes condições:
· Vazão de recirculação: 5000 m³/h
· Volume total do sistema: 1000 m³
· Gradiente de temperatura (Δt): 10 °C
· Temperatura ambiente: 30 °C
· Arraste (perda por respingo): 1,5%
Deseja-se saber:
a) Qual a perda por evaporação?
b) Vazão de reposição (make-up)? 
c) Ciclo de concentração?
d) Qual o Blow Down total do sistema para controle de ciclo em 3?
e) Qual o Blow Down de válvula para manter ciclo em 3?
f) Qual o ciclo de concentração caso o Blow down de válvula seja fechado?
g) Tempo de retenção?
h) Calcular ciclo de concentração considerando os seguintes resultados das análises de água:
	
	
	CW
	MW
	pH
	-
	7,8
	7,3
	Condutividade
	µs/cm
	800
	160
	Turbidez
	NTU
	20,5
	2,3
	Cor
	ppm
	110
	14
	Alcalinidade
	ppm
	48
	28
	Du-Total
	ppm
	225
	50
	Du-Calcio
	ppm
	185
	40
	Cloreto
	Ppm 
	115
	22
	Sílica
	ppm
	25
	5,8
	Ferro Total
	ppm
	1,5
	0,3
	Fosfato Total
	ppm
	12,0
	-
CW – Água de recirculação / MW – Água de reposição
Para se calcular o ciclo de concentração do sistema, através dos resultados de análise de água, a característica mais indicada é a concentração de cloreto, por ser mais estável. Porem nos sistemas onde se faz cloração ela não pode ser considerada. Nesse caso o ciclo de concentração poderá ser calculado considerando a concentração de dureza. 
Nota: a perda por evaporação teórica pode ser calculada considerando que 1% da vazão de recirculação se evapora para um Δt=5,6 °C. 
Porém, no caso de um alto gradiente de temperatura, a temperatura da água também vai diminuir em função da diferença da temperatura ambiental. A perda por evaporação real pode ser calculada pela seguinte formula:
Onde:
E = Evaporação (m³/h)
R = Vazão recirculação do sistema (m³/h)
t = Temperatura ambiente (°C)
F = Fator – varia de acordo com os seguintes Δt
	Δt = 05°C ---------- F=0,9
Δt = 10°C ---------- F=0,85
Δt = 15°C ---------- F=0,80
Δt = 20°C ---------- F=0,75
7) VAZÃO DE REPOSIÇÃO 
Dado um sistema de recirculação com as seguintes características:
· Vazão de Recirculação: 1000 m³/h
· Gradiente de temperatura (Δt): 10 °C
· Perda por respingo: 1,5 m³/h
Calcular:
a) Blow Down total e vazão de reposição para ciclo 1,5;
b) Blow Down total e vazão de reposição para ciclo 2,0;
c) Blow Down total e vazão de reposição para ciclo 3,0;
d) Blow Down total e vazão de reposição para ciclo 5,0;
e) Calcular a vazão de reposição para o caso de não ter blow down;
f) Traçar Gráfico com os resultados obtidos. Ciclo de concentração X vazão de reposição;
	
8) DOSAGEM DE PRODUTO QUIMICO
Para um sistema com:
· Vazão de recirculação: 1000 m³/h
· Volume total do sistema: 300 m³
· Blow Down Total: 5 m³/h
Pede-se:
a) Para manter 10ppm de fosfato na água de recirculação, quantos ppm de “BETA-123” são necessários?
Obs: o teor de fosfato na forma de PO4 no produto “BETA-123” é de 42%
b) Quantos kg de “BETA-123” são necessários por dia?
c) A análise de água, determinou 4ppm de fosfato total na água de recirculação. Como devemos fazer, para aumentar a concentração de fosfato de 4ppm para 10ppm
9) DOSAGEM DE PRODUTO QUIMICO
Foi observado que em um sistema fechado de recirculação estava com elevada perda de água pelas gaxetas das bombas. 
Ao perceber a perda de água, o operador resolveu fazer uma cubicagem para quantificar o quanto de água estava perdendo no sistema. Obteve-se os seguintes resultados:
	Bomba A – 1 litro a cada 12 segundos;
	Bomba B – 1 litro a cada 24 segundos;
	Bomba C – 1 litro a cada 18 segundos;
Sabendo que o sistema opera com um residual médio de nitrito de 250ppm e que o produto químico NITRITO tem uma concentração de NO2 de 12,5% e uma densidade 1,12 g/cm³, pede-se:
a) Quantos quilos de produto são jogados fora indevidamente do sistema?
b) Sabendo que o KG do produto custa R$ 4,60, qual o valor do desperdício?
10) PASSIVAÇÃO
Um sistema com as seguintes características:
· Vazão de recirculação: 2000 m³/h
· Volume total do sistema: 500 m³
· Perda por respingo mais vazamentos: 6 m³/h
Pede-se:
a) Para injetar 200 ppm de “BETA-123 (fosfato)”, quantos kg de produto são necessários?
b) Qual a concentração de fosfato no caso anterior?
c) Qual a concentração de fosfato total após 24h, considerando blow down de válvula fechado?
d) Para controlar a concentração de fosfato total em 80 ppm depois de 24h, quantos kg de “BETA-123” deve ser injetado?
e) Caso a concentração de fosfato total após 24h seja de 60ppm, quanto deveremos injetar de “BETA-123” para que essa concentração aumente até 80ppm? (injeção adicional de produto).
f) Considerando a condição do item D, caso se comece a fazer um blow down de válvula de 15m³/h, depois de 1 dia de passivação, quantas horas vão passar ate que a concentração de fosfato total atinja uma concentração de 20ppm?
g) Quantas horas serão necessárias para que a concentração de fosfato total chegue ate a metade? (tempo de meia vida).
11) ESTIMATIVA DE BLOW DOWN
Considerando:
· Vazão de recirculação: 1000 m³/h
· Volume total do sistema: 300 m³
Estimar o blow down total para as seguintes condições:
a) Com base nos resultados das análises de fosfato total depois da passivação, estimar o blow down do sistema.
- A concentração do fosfato total diminui da seguinte maneira:
	TEMPO
	PO4 total
(s/ filtração)
	PO4 total
(c/ filtração)
	Após injeção
	90 ppm
	80 ppm
	Depois de 10 horas
	82 ppm
	72 ppm
	Depois de 20 horas
	76 ppm
	65 ppm
	Depois de 30 horas
	70 ppm
	58 ppm
	Depois de 40 horas
	64 ppm
	52 ppm
	Depois de 50 horas
	59 ppm
	41 ppm
b) A análise de fosfato total durate a manutenção do tratamento determinou:
a. PO4 Total com filtração – 11ppm
b. PO4 Total sem filtração – 14ppm
c. Injeção de “BETA-123” – 4kg/dia
d. Calcular o blow down?
c) Para ciclo de concentração igual a 3 e gradiennte de temperatura Δt=15°C. estimar blown down?
d) Calcular o blow down para uma vazão de reposição de 30m³/h e ciclo de concentração 3?
12) TESTE DE BALANÇO DE MATERIAL DA ÁGUA
Em um sistema de recirculação, foi adicionado 5kg de cloreto de lítio com 12% de Li. Foram coletadas amostras de água em cada 10 horas, e as analises determinaram as seguintes concentrações de Li+ :
- Após injeção foi encontrado		0,83 ppm de Li+
- Depois de 10 horas da injeção 		0,60 
- 		20				0,58
-		30				0,48
-		40				0,40
-		50				0,34
-		60				0,28
-		70				0,23
Pede-se:
a) Quanto é o volume do sistema?
b) Traçar o gráfico da taxa de retenção de Li x tempo em horas;
c) Quanto é o tempo de meia vida?
d) Quanto é o blow down total do sistema? (devemos calcular considerando o tempo de meia vida)
e) Plotar uma curva teórica para blow down total estimado no gráfico do item b.
13) CÁLCULO DE VARIAÇÃO DE CONCENTRAÇÃO DE IONS NA ÁGUA
O teor de fosfato na água de recirculação é de 5,0ppm. Gostaríamos de aumentaressa concentração até 10ppm com injeção do “BETA-123” dosando 250g/h. 
Quantas horas são necessárias para que o fosfato total chegue até 8ppm e 10ppm?
	Considerar: 	Vazão de recirculação: 2000 m³/h
			Volume total do sistema: 500 m³
			Blow down total: 10 m³/h
 - A fórmula de cálculo da mudança de concentração de ions é a seguinte:
Onde:
	M – Vazão de reposição (m³/h)
	S – Concentração de ions na água de reposição (ppm)
	Ms – quantidade de produto injetado – (g/h)
	Bt – Blown Down Total (m³/h)
	T – Tempo (Horas)
	H – Volume do sistema (m³)
	X – Concentração final (ppm)
	X0 – Concentração inicial (ppm)
14) MUDANÇA DE CICLO DE CONCENTRAÇÃO
Considerando um sistema de resfriamento com as seguintes características:
· Vazão de recirculação: 2000 m³/h
· Volume total do sistema: 500 m³
· Blow down total: 10 m³/h
· Gradiente de temperatura (Δt): 10 °C
Pede-se: 
a) Calcular o ciclo de concentração do sistema, considerando que a operação da planta está estabilizada.
b) Depois da partida da planta, calcular:
a. Ciclo de concentração depois de 01 dia de operação;
b. Ciclo de concentração depois de 02 dias de operação;
c. Ciclo de concentração depois de 05 dias de operação;
d. Ciclo de concentração depois de 07 dias de operação;
e. Ciclo de concentração depois de 10 dias de operação;
15) DOSAGEM DE PRODUTO ALCALINO e ÁCIDO
Dado um sistema com:
· Vazão de recirculação: 4000 m³/h
· Volume total do sistema: 1000 m³
· Blow down total: 20 m³/h
a) Quantos ppm de Na2CO3 ou NaOH são necessários para elevar o pH de 6 até 7,3?
b) Quantos quilos de Na2CO3 ou NaOH são necessários para fazer o tratamento de manutenção? (kg/dia)
c) Quantos ppm de HCL são necessários para abaixar o pH de 8,0 até 7,0?
d) Quantos ppm de H2SO4 são necessários para abaixar o pH de 8,0 até 7,0?
e) Se a dosagem for contínua, com uma bomba dosadora, como devemos fazer?
Obs: relação entre pH e M-alcalinidade.
pH		M-Alcalinidade			pH		M-Alcalinidade
5,8		1 ppm (CaCO3)			7,0		15 ppm (CaCO3)
6,0		2				7,3		30
6,3		4				7,5		50
6,5		5				7,8		100
6,8		10				8,0		150
16) Dado um sistema com:
· Vazão de recirculação: 4000 m³/h
· Volume total do sistema: 1000 m³
· Blow down total: 20 m³/h
*hipoclorito de sódio com 10% de cloro efetivo
Calcular:
a) Quantos kg de hipoclorito de sódio são necessários para manter no sistema uma concentração de cloro residual de 1.0ppm durante um período de 3 horas por dia?
b) Depois da injeção de hipoclorito de sódio, a concentração de cloro residual estava em 0,3ppm. Para aumentar o cloro residual até 0,5ppm, quantos kg de hipoclorito deve-se adicionar?
c) A demanda de cloro do sistema está em 3ppm. Quantos kg de hipoclorito são necessários para manter cloro residual na faixa de 0,5 – 1,0ppm?
Nota: a demanda de cloro é analisada fazendo adição de cloro em várias concentrações em amostras de água. Calcular quantos ppm de cloro são necessários para manter cloro residual em 0,5ppm.
17) TENDENCIA DE INCRUSTAÇÃO E CORROSÃO
Em função da qualidade da água de resfriamento abaixo, pede-se:
· Dureza cálcio: 150 ppm
· Alcalinidade – M: 70 ppm
· Condutividade: 700 µs/cm
· Temperatura da água: 40 °C
· pH: 7,6
a) calcular o pH saturado (pHs);
b) avaliar a tendência da água (corrosiva ou incrustante) através do índice de Langelier;
c) o índice de estabilidade de Ryzmer e avaliar a tendência de incrustação.
18) TAXA DE CORROSÃO
Calcular a taxa de corrosão em MDD e MPY para um cupon test de aço carbono e um de cobre colocados na água de resfriamento por um período de 30 dias.
AÇO CARBONO 	COBRE
Peso antes do teste:				11,7342 g		13,0642 g
Peso após o teste e após limpeza ácida:		11,7038 g		13,0614 g
Dimensões – 	Comprimento:			5 cm 			5 cm
			Largura:			3 cm			3 cm
			Espessura:			1 mm			1 mm
Diâmetro do furo:					4 mm			4 mm
Peso específico:					7,87 g/cm³		8,92g/cm³
*nota: 	MDD = mg de metal desprendido por dm² por dia
		MPY = milésimo de polegada de penetração por ano
19) TAXA DE CORROSÃO
Para medir a quantidade de corrosão, são utilizadas taxas que equivalem a um valor médio em corrosão uniforme num intervalo de tempo considerado. As formas mais empregadas para medir a taxa de corrosão são: IPY (polegada de penetração por ano), MDD (miligramas por decímetro quadrado por dia), MPY (milésimo de polegada de penetração por ano), MMPY (milímetros de penetração por ano) e MIH (miligramas por polegada quadrada por hora).
Complete o quadro:
	“Cupon test”
(Dimensões)
	Comprimento
	99 mm
	
	Largura
	29 mm
	
	Espessura
	1,3 mm
	Massa inicial
	24,210 g
	Massa final
	22,433 g
	Diferencial de massa
	 g
	Área
	 mm² / dm²
	Volume
	 mm³ / dm³
	Densidade
	6,48 g/cm³
	Início da exposição
	11:11h 17/04/2018
	Final da exposição
	08:56h 18/04/2018
	Horas de exposição
	
	Dias de exposição
	
	MDD
	
	IPY
	
	MPY
	
	MMPY
	
	MIH
	
20) Após 10 dias sem operar a centrifuga da RW devido problema de manutenção, houve necessidade de colocá-la em operação. Após 10 minutos de operação, o operador notou que a centrifuga não estava desidratando o lodo com eficiência. Depois de inspecionar todos os itens que poderia fazer com que mesma não rendesse, foi verificado que o polímero catiônico preparado estava com suas propriedades químicas comprometidas, sendo então necessário descartar todo volume de solução e fazer nova solução. 
Essa situação foi relatada ao gerente que indagou o operador que informasse o prejuízo causado com o descarte.
Pergunta: qual foi o prejuízo gerado com o descarte?
Dados: 
Volume do tanque de solução: 20m³
Concentração da solução de polímero catiônico: 0,15%
Preço: R$2,00/kg
21) O operador do turno 2 após sua inspeção diária na YWW observou que a turbidez do POND#1 havia alterado. De imediato fez coleta de uma amostra e verificou-se que houve uma elevação superior a 30% da análise anterior.
Sabendo que variações superiores a 30% há a necessidade de se fazer um jar test, foi coletado amostra, porem ao chegar no laboratório observou-se que os becker’s disponíveis eram de apenas 250ml. 
Observou-se também que não havia solução preparada no laboratório para se fazer o jar test. Então o operador resolveu fazer apenas 200ml de solução de PAC 1% e 200ml de solução de polímero 0,1% para ganho de tempo.
Responda:
a) Qual o volume de PAC concentrado e quantas gramas de polímero necessário para prepara 200ml de solução 1% e 0,1% respectivamente?
b) Qual o volume pipetado em cada jarro?
	POLIMERO – 0,1% (ml)
	
	
	
	
	
	
	ppm
	0,2
	0,4
	0,5
	0,6
	0,7
	0,8
	PAC – 1% (ml)
	
	
	
	
	
	
	ppm
	45
	50
	55
	60
	65
	70
	BECKER
	
	
	
	
	
	
22) Após o jar test foi identificado que 55ppm de PAC associado com 0,5ppm de polímero foram o teste ótimo.
Com base no jar test, pede-se que calcule o novo condicionamento químico da estação de tratamento de efluente.
Dados: 
Vazão da bomba de polímero: 13,8 l/min (100 stroke)
Vazão da bomba de PAC: 1,04 l/min (60 stroke)
Vazão da bomba da bacia de coleta: 280m³/h
Concentração do polímero: 0,15%
c) Qual a vazão de aplicação de POLIMERO? Quantos strokes devem ser regulados?
d) Qual a vazão de aplicação de PAC? Quantos strokes devem ser regulados?
e) Preencha o quadro abaixo:
23) Toda reunião matinal é verificada pela gerência o consumo específico de produto químico na WW.
Em uma dessas reuniões foi verificado que a estação tratou e descartou 4500m³ de efluente no dia, e que para isso foi necessário gastar 20m³ de polímero e 5m³ de PAC. Com base nos dados abaixo, qual o consumo específico de produto químico na WW?
Dados:
Densidade do PAC: 1,32g/cm³
Concentração de polímero: 0,2%
24) A estação de tratamento de efluente tem um volume acumulado em todas as etapas de seu processo de 6000m³, e opera com uma vazão de 150m³/h.
Foi determinado pela analista da estação que as coletas de água na entrada e saída da estação fosse feita de forma a representar sua eficiência real de tratamento referente a turbidez.
O procedimento da planta prevê que a eficiênciamínima do sistema para o parâmetro turbidez é de 85%.
Também foi determinada que a coleta do efluente de entrada fosse feito sistematicamente as 10:00h.
Dados:
Turbidez de entrada: 180NTU
Turbidez de saída: 2,5NTU
Pergunta: qual o horário da coleta do efluente de saída?
Qual a eficiência do sistema? O sistema está atendendo em termos de eficiência?
25) Durante inspeção de rotina na estação de tratamento de efluente, foi observado que a bomba de descarte estava operando com uma pressão de 4,1kg/cm² no manômetro.
Dados da bomba:
Q: 200m³/h
HEAD: 35mca
Com base nos dados de placa desse equipamento, responda:
a) A bomba estava trabalhando na curva de operação?
b) A bomba estava recalcando vazão maior, menor ou vazão nominal?
c) Qual a ação do operador diante dessa situação?
26) Foi solicitado pelo gerente de tratamento de água que fosse apresentado um programa de tratamento de água para a WW que englobe custo e qualidade de forma a atender os requisitos legais de descarte. 
Após recebida a diretriz gerencial, o operador foi a campo fazer a coleta de informações que lhe desse condições de montar o programa de tratamento.
Em campo observou-se que havia três correntes de efluentes com diferentes características.
Dados: 	
1 – Corrente A - vazão de 15m³/h // CN 0,1ppm // pH 8 // SS 30ppm
	2 – Corrente B - vazão de 35m³/h // CN 15ppm // pH 6 // SS 80ppm
	3 – Corrente C - vazão de 70m³/h // CN 1,0ppm // pH 4 // SS 50ppm
	4 – A faixa de descarte conforme lei COEMA 02 é de CN < 1,0 ppm
	5 – A faixa de descarte de SS requerida é < 10 ppm
	6 – O pH requerido de descarte é 7
	6 – Por histórico, a aplicação de sulfato ferroso FeSO4 é de 120 ppm para reduzir 1 ppm de CN
	7 – Por histórico de jar-test da planta são necessários 0,7 ppm de PAC para redução de 1 ppm de SS
	8 – Por histórico de jar-test da planta são necessários 0,007 ppm de Polímero para redução de 1 ppm de SS
	9 – Taxa de 0,5g de soda (NaOH) para elevar 1 ponto de pH 
	10 - Taxa de 0,5g de ácido (H2SO4) para abaixar 1 ponto de pH
Pergunta: qual o quantitativo para o programa de tratamento?
27) Exprimir 142pp de sulfato de sódio em ppm de CaCO3.
28) Deseja-se acrescentar continuamente 10ppm CaCO3 de alcalinidade através da adição de soda caustica (50% em peso), a uma água de reposição cuja vazão é de 50m³/h. Determinar a vazão horaria (kg/h) da solução de soda a ser acrescentada.
29) Para abatimento de CN em uma estação de tratamento de água, usou-se o método de tratamento denominado “processo INCO” onde tem-se a adição de SO2 catalisado com Cu na presença de ar. Nesse processo foi feito o balanço estequiométrico e obteve uma taxa de 4,5ppm de metabissulfito de sódio para abater 1 ppm de CN. 
A forma comercial do metabissulfito de sódio catalisado com cobre tem concentração de 40%.
Pede-se: 	Quantos ppm do produto deverá ser aplicado para abater 60ppm de CN?
		Qual a aplicação para tratar uma vazão de 35m³/h?