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Caso de Estudo: Estação de tratamento de água resolve problema de inatividade e economiza até US$ 600 mil com o AFT Arrow™

6 de maio de 2020 Leave a comment
Figura 1: O sistema de aeração original que incluía três instalações de sopradores, com um total de 11 sopradores que fornecem ar para 28 tanques de aeração em torno da planta. As linhas amarelas no mapa mostram o coletor de ar conectando todas as instalações de tubulação e soprador de ar.

Maren Deal, com Brown and Caldwell, foi contratada para realizar o projeto de melhorias de processo e confiabilidade em uma estação de tratamento de água. Essa estação opera com capacidade de 240 mil m³/dia de águas residuais. O AFT Arrow foi usado extensivamente para o projeto e o planejamento das atualizações para o sistema de aeração da estação, bem como para a otimização da operação existente.

Sendo a maior estação de tratamento de águas residuais de sua área, esta planta é o ponto principal de todo o sistema de tratamento, fornecendo backup para outras estações vizinhas em casos de fluxos pesados, ou emergências. Devido à sua essencial natureza, a estação teve que permanecer em operação durante o projeto de atualização. Tanques de aeração foram colocados offline em grupos separados para manter a planta operacional, demolindo o equipamento de tubulação de ar existente para ser substituído pelo novo projeto.

“A capacidade de modelar todo o sistema de aeração uma vez e usá-lo para responder diversas perguntas sobre dimensionamento, seleção de equipamentos e sequenciamento de construção foi crítico em permitir que o cliente tome decisões assertivas visando a vida útil da estação.”

À medida que o processo de construção progredia, modelos do AFT Arrow foram usados ​​para determinar em que ordem e quantidade que os tanques de aeração deveriam ser colocados off-line e substituídos. As substituições dos sopradores também foram consideradas para atender à demanda de ar dos novos tanques de aeração enquanto são construídos.

Os tanques de aeração fazem parte de um processo secundário de remoção de nutrientes biológicos que utiliza naturalmente microorganismos para biodegradar a matéria orgânica nas águas residuais. É fornecido ar a esses tanques para fornecer oxigênio para os microrganismos para acelerar a decomposição dos materiais orgânicos e impedir a formação de substâncias indesejadas e subprodutos. Portanto, é importante que haja um constante fornecimento adequado de ar e que seja distribuído aos tanques adequadamente.

Este projeto incluiu a substituição de todos os 11 sopradores, tubulação e instrumentação de aeração em todos os 28 tanques. A Figura 1 mostra o sistema de aeração existente. Este projeto também substituiu equipamentos antigos para criar um sistema eficiente para melhor controle e distribuição do ar enquanto antecipa potenciais expansões da estação no futuro, conforme necessário.

A demanda de ar necessária nos tanques de aeração é determinada pela quantidade de água residual tratada na estação e a sua composição. A estação então atende a essa demanda determinando uma descarga de pressão nos sopradores que é alta o suficiente para fornecer a quantidade desejada de ar.

Quando esse projeto começou, o sistema existente experimentou problemas e tempo de inatividade devido aos sopradores sofrerem condições de pico ou oscilação em meses de temperatura quente. Em condições como estas, a diferença de pressão necessária é muito alta para o soprador fornecer fluxo, geralmente resultando em reversão de fluxo, forçando o desligamento automático do soprador para evitar danos a longo prazo. Esse problema estava causando o temor que quantidade de ar inadequada estaria disponível para o segundo processo de tratamento. Desde que houve atualizações iminentes para o sistema geral, a solução para essa questão deveria ser rentável e de fácil implementação.

Um modelo no AFT Arrow foi desenvolvido para todo o sistema original de aeração. Este modelo foi utilizado para avaliar as operações existentes do soprador com um ponto de pressão de descarga de aproximadamente 0,55 bar. Usando AFT Arrow, Maren Deal foi capaz de determinar se seria possível diminuir o ponto de ajuste da pressão de descarga dos sopradores a 0,50 bar, reduzindo o risco de condições de pico e oscilação. Os resultados do modelo demonstraram que não apenas você poderia diminuir o ponto de ajuste de pressão, mas isso também aumentaria o fluxo de ar em 48.800 Nm³/h, o que equivaleria a aproximadamente 2,5 sopradores adicionais (Figura 2).

Figura 2: Visualização de Workspace do modelo AFT Arrow. Os resultados do modelo demonstraram que não apenas o ponto de ajuste da pressão do soprador poderia ser reduzido, mas também aumentaria o fluxo de ar em 48.800 Nm³/h, o que equivaleria a aproximadamente 2,5 sopradores adicionais, sem nenhum custo para o cliente.

Embora a diminuição do ponto de ajuste da pressão tenha sido originalmente considerada para implementação em conjunto com uma das oito outras opções, os resultados do modelo provaram que seria mais do que suficiente para fornecer a capacidade adicional necessária e reduzir o risco de condições de oscilação e pico ocorridas em clima quente. Além disso, uma análise de custos das principais opções determinou que a redução do ponto de ajuste de pressão do soprador economizou para a estação entre US$200 mil e US$600 mil em custos de instalação e capital em comparação com as alternativas.

Maren Deal disse que a capacidade de modelar todo o sistema de aeração uma vez e usá-lo para responder diversas perguntas sobre dimensionamento, seleção de equipamentos e sequenciamento de construção, foi crítico em permitir que o cliente tome decisões assertivas visando a vida útil da estação. O AFT Arrow continuará sendo usado para avaliar o sistema com informações variáveis ​​e sob diferentes fluxos e cenários de tratamento. Deal disse que AFT Arrow é um programa muito versátil e ela espera continuar a explorar seus usos no tratamento de águas residuais.

Brown and Caldwell é a maior empresa de engenharia e construção focada exclusivamente nos setores de água e meio ambiente nos EUA. Criativos projetos e soluções progressivas ajudaram as prefeituras municipais, federais e organizações privadas a superarem seus complexos desafios ambientais. Eles oferecem uma gama abrangente de engenharia, ciência, serviços de consultoria e construção.

Fonte: AFT – Applied Flow Technology

Por Equipe N.A Tecnologia

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