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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA
INFLUÊNCIA DA CORROSÃO NA POTABILIDADE DA ÁGUA NO SISTEMA DE
DISTRIBUIÇÃO DA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO NA ESCOLA DE
ESPECIALISTAS DE AERONÁUTICA
THIAGO GOMES DE ARAÚJO MOREIRA
LORENA - SP
2011
ii
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
INFLUÊNCIA DA CORROSÃO NA POTABILIDADE DA ÁGUA NO SISTEMA DE
DISTRIBUIÇÃO DA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO NA ESCOLA DE
ESPECIALISTAS DE AERONÁUTICA
THIAGO GOMES DE ARAÚJO MOREIRA
Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado ao
Departamento de Engenharia Química da Escola de
Engenharia Lorena – Universidade de São Paulo, como
parte dos requisitos para conclusão do curso de Engenharia
Industrial Química.
Orientador: Prof. Dr. Francisco José Moreira Chaves
LORENA - SP
2011
iii
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus pela oportunidade dada e por todas as graças
concedidas a mim durante o curso de minha vida.
Agradeço a minha família, em especial a minha mãe que sempre acreditou no
sucesso dos meus projetos.
A paciência de minha esposa, mesmo nas horas de ausência me incentivou a chegar
até aqui.
Agradeço ao Professor Dr. Francisco José Moreira Chaves pela orientação no
transcorrer da confecção do trabalho de conclusão de curso.
Agradeço aos componentes da Estação de Tratamento de Água da Escola de
Especialistas de Aeronáutica pelo apoio dado e transmissão de suas experiências em seu
ofício.
Agradeço a todos que de algum modo me incentivaram e contribuíram para o sucesso
deste trabalho de conclusão de curso.
iv
RESUMO
A qualidade da água é fundamental para a manutenção da saúde humana. Este
trabalho visa efetuar um estudo sobre as rotinas operacionais da Estação de Tratamento de
Água (ETA) da Escola de Especialistas de Aeronáutica (EEAR) em Guaratinguetá com
propósito de diagnosticar e abordar as condições técnicas e os aspectos físico-químicos e
biológicos do processo de corrosão das tubulações do sistema de distribuição. Atualmente a
demanda por patamares de qualidades mais rígidos são exigidos, desta maneira faz-se
necessário uma análise deste processo como um todo; desde a captação de água até sua
distribuição aos consumidores.
A Portaria 518/2004 do Ministério da Saúde estabelece o controle de 72 parâmetros
de qualidade, dentre eles tem-se parâmetros físicos, químicos e biológicos. No sistema de
abastecimento estudado a concentração de cloro residual livre atinge níveis inferiores aos
preestabelecidos, onde o cloro é considerado um agente de desinfecção. A turbidez também
em alguns pontos de coleta no âmbito da EEAR revelou-se superior ao permitido, conferindo
aspecto visual desagradável e a concentração de ferro em diversas análises de campo
apresentou superior a permitida em Portaria. Deste modo temos três índices de qualidade da
água para consumo humano fora do estabelecido pela legislação.
Outro problema encontrado são as perdas de carga nas adutoras devido às
incrustações; o qual reduz a capacidade hidráulica elevando custos de bombeamento,
diminuem as vazões nas tubulações, possibilitam a formação de bactérias anaeróbicas
redutoras de sulfato e presença de bactérias de oxidantes do ferro, e quanto à água tratada
geram aspecto visual desagradável, alteram o sabor entre outros inconvenientes (Gentil,
2007).
As adutoras da EEAR possuem mais de 50 anos, e é percebido acúmulo de
incrustações, o estudo de sua formação e sua interação com a água potável nos indicará sua
relação com a alteração dos parâmetros citados anteriormente.
A importância da água à vida justifica a execução deste trabalho de conclusão de
curso, onde o estudo das proposições acima demonstrará as medidas necessárias para atingir a
qualidade desejada e eficiência requerida.
PALAVRAS-CRAVE: Tratamento de água, Portaria 518/2004, corrosão, tubulações.
v
ABSTRACT
Water quality is fundamental to maintaining human health. This paper aims to carry
out a study on the operational routines of the Water Treatment Plant (WTP) from the Escola
de Especialistas de Aeronáutica (EEAR) in Guaratingueta-SP with purpose to diagnose and
address the technical and the physical, chemical and biological process corrosion of the piping
distribution system. Considering that the demand for more stringent levels of quality are
required today, is then necessary to analyze this process as a whole, from capture to
distribution of water to consumers.
Ordinance 518/2004 of the Ministry of Health establishes the control of 72 quality
parameters, among them has been physical, chemical and biological. In the system studied the
supply of free residual chlorine concentration reaches levels below the pre-established, where
chlorine is considered a disinfecting agent. Turbidity also in some sites within the EEAR
proved to be greater than allowed, giving unpleasant visual appearance and concentration of
iron in various field analysis presented above allowed in Ordinance. Thus we have three
levels of water quality for human consumption was established by the legislation.
Another problem encountered is the losses in the pipelines due to fouling, which
reduces the hydraulic capacity increasing pumping costs, decrease the flow in the pipes, allow
the formation of sulfate-reducing anaerobic bacteria and the presence of iron oxidizing
bacteria, and as to produce treated water unpleasant visual appearance, taste change and other
drawbacks (Gentil, 2007).
The pipelines of EEAR have more than 50 years, and are perceived buildup of
fouling, the study of its formation and its interaction with the drinking water in its relation to
indicate the change of the parameters mentioned above.
The importance of water to life justifies this work for completion of course, where
the studies of the above propositions demonstrate the necessary measures to achieve the
desired quality and efficiency required.
KEY WORDS: Water Treatment, Decree 518/2004, corrosion, pipes.
vi
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Números de parâmetros contemplados no padrão de potabilidade estabelecidos por
três portarias nacionais. .............................................................................................................. 5
Figura 2. - Padrão de contribuição de cada país para o custo direto global de corrosão, ano
2004. ......................................................................................................................................... 14
Figura 3 - O eletrodo de padrão de hidrogênio. ........................................................................ 16
Figura 4 - Diagrama de Pourbaix para o ferro: equilíbrio potencial-pH. ................................. 20
Figura 5 - Influência do oxigênio na velocidade de corrosão. ................................................. 22
Figura 6 - Efeito do pH na taxa de corrosão do ferro. .............................................................. 23
Figura 7 - (a) Seção transversal de tubérculos em tubulações. (b) Colônia de bactéria em poros
de tubérculos em paredes de tubulação. (c) Crescimento bacteriano em superfície de
tubérculos (d) Habitat de comunidade bacteriana em poros de incrustação............................. 26
Figura 8 - Raspador ou pig, com lâminas de aço, usado para a limpeza de tubulações. .......... 27
Figura 9 - Corrosão uniforme em chapa de aço-carbono. ........................................................ 29
Figura 10 - Formação autocatalítica de pite em tubulação de ferro. ........................................ 31
Figura 11 - Água com aspecto de ferrugem, amostra de sistema de distribuição norte
americano.................................................................................................................................. 32
Figura 12 - Custo projetado para 20 anos nos EUA nos processos de tratamento de água. ..... 33
Figura 13 - Efeito do pH na corrosão nas paredes de tubulações de ferro fundido. ................. 35
Figura14 - Constituintes do produto de corrosão, tubérculos, sobre aço em presença de água.
.................................................................................................................................................. 35
Figura 15 - Tubulação em PVC utilizada em adução de água.................................................. 36
Figura 16 - Planta das instalações da EEAR. ........................................................................... 40
Figura 17 - Diagrama Accelator. .............................................................................................. 42
Figura 18 - Fotos da Estação de Tratamento de Água (ETA). ................................................. 43
Figura 19 - Planilha de análises químicas. ............................................................................... 45
Figura 20 - Fotos das tubulações do sistema de distribuição da EEAR. .................................. 46
vii
Figura 21 - Fotografia das amostras de águas coletadas do sistema de distribuição da EEAR.
.................................................................................................................................................. 48
viii
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Áreas e volumes totais e relativos de água dos principais reservatórios da Terra .... 1
Tabela 2 - Padrão microbiológico de potabilidade da água para consumo humano. ................. 6
Tabela 3 - Características Físicas e Organolépticas. .................................................................. 7
Tabela 4 - Padrão de aceitação para consumo humano. ............................................................. 7
Tabela 5 - Padrão de potabilidade para substâncias químicas que representam risco à saúde. .. 8
Tabela 6 - primários usualmente empregados no processo de coagulação. ............................. 10
Tabela 7 - Tabela de potenciais-padrões de redução. ............................................................... 17
Tabela 8 - Influência da concentração no potencial. ................................................................ 18
Tabela 9 - Características operacionais da ETA. ...................................................................... 40
Tabela 10 - Número de pontos em desacordo com a Portaria 518/2004. ................................. 47
Tabela 11 - Análise comparativa das águas da EEAR. ............................................................ 49
ix
SUMÁRIO
RESUMO .................................................................................................................................. iv
ABSTRACT ............................................................................................................................... v
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................... vi
LISTA DE TABELAS ............................................................................................................ viii
SUMÁRIO ................................................................................................................................. ix
OBJETIVO ............................................................................................................................... xii
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 1
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................................ 4
2.1. Evolução dos Índices de Potabilidade ............................................................................. 4
2.2. Portaria 518/2004 ............................................................................................................ 5
2.2.1. Características Microbiológicas ................................................................................... 6
2.2.2. Características Físicas e Organolépticas ...................................................................... 6
2.2.3. Características Químicas .............................................................................................. 7
2.3. Processos de Clarificação da Água ................................................................................ 10
2.3.1. Coagulação ................................................................................................................. 10
2.3.2. Floculação .................................................................................................................. 11
2.3.3. Decantação ................................................................................................................. 11
2.3.4. Filtração ..................................................................................................................... 12
2.3.5. Desinfecção ................................................................................................................ 12
2.3.6. Fluoretação ................................................................................................................. 13
2.4. Sistema de Distribuição de Água................................................................................... 13
2.5. Corrosão ........................................................................................................................ 14
2.5.1. Termodinâmica aplicada à Corrosão ......................................................................... 15
2.5.2. Reações de Oxi-Redução ........................................................................................... 15
x
2.5.3. Potencial Padrão ........................................................................................................ 16
2.5.4. Equação de Nernst ..................................................................................................... 18
2.5.5. Diagrama de Pourbaix ............................................................................................... 18
2.5.6. Fatores que influenciam a taxa de Corrosão .............................................................. 21
2.5.6.1. Fatores Físicos ........................................................................................................ 21
2.5.6.2. Fatores Químicos.................................................................................................... 21
2.5.6.2.1. Efeito do oxigênio dissolvido ............................................................................. 21
2.5.6.2.2. pH ....................................................................................................................... 22
2.5.6.2.3. Temperatura ........................................................................................................ 24
2.5.6.2.4. Sais dissolvidos .................................................................................................. 24
2.5.6.2.5. Poder Oxidante (potencial eletroquímico) .......................................................... 24
2.5.6.3. Fatores Biológicos .................................................................................................. 24
2.5.7. Corrosão em Sistemas de Distribuição de Água ........................................................ 27
2.5.8. Formas comuns de Corrosão ...................................................................................... 28
2.5.8.1. Corrosão Uniforme ................................................................................................. 28
2.5.8.1.1. pH ....................................................................................................................... 29
2.5.8.1.2. Poder Oxidante (potencial eletroquímico) .......................................................... 30
2.5.8.2. Corrosão Localizada ............................................................................................... 30
2.6. Deterioração da Qualidade da Água pela Corrosão....................................................... 31
2.7. Materiais Utilizados em Sistemas de Distribuição de Água.......................................... 32
2.7.1. Tubulação de cimento-amianto, cimento argamassa forros e tubos de concreto ....... 33
2.7.2. Cobre .......................................................................................................................... 34
2.7.3. Chumbo ...................................................................................................................... 34
2.7.4. Ferro Fundido e Dúctil ............................................................................................... 34
2.7.5. PVC ............................................................................................................................ 36
2.8. Revestimentos Protetores .............................................................................................. 37
3. METODOLOGIA ............................................................................................................. 38
xi
3.1. Características Operacionais da ETA ............................................................................ 40
3.2. Tratamento d`água na EEAR ......................................................................................... 42
3.3. Qualidade da Água EEAR ............................................................................................. 44
3.3.1. Qualidade da Água do Ribeirão Guaratinguetá ......................................................... 44
3.3.2. Qualidade da Água ETA-EEAR ................................................................................ 45
3.3.3. Sistema de Distribuição de Água ETA-EEAR .......................................................... 46
3.3.4. Testes Realizados ....................................................................................................... 47
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ...................................................................................... 50
5. CONCLUSÃO E RECOMENDAÇÕES .......................................................................... 53
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 55
ANEXO .................................................................................................................................... 57
xii
OBJETIVO
Este presente trabalho tem por finalidade identificar os principais aspectos de
interferência na qualidade da água produzida na Estação de Tratamento de Água da Escola de
Especialistas de Aeronáutica em seu sistema de distribuição, com vistas à uma abordagem
sobre alternativas de adequação as exigências da Portaria 518/2004 apresentando alternativas
para solucionar os problemas existentes.
1
1. INTRODUÇÃO
A água ocupa aproximadamente 75 % da superfície da terra e é o constituinte
inorgânico mais abundante na matéria viva, integrando aproximadamente dois terços do corpo
humano e atingindo até 98 % em certos animais aquáticos, legumes, frutas, e verduras
(Libânio, 2008). Essas informações nos indicam a importância da água à vida.
Tabela 1 - Áreas e volumes totais e relativos de água dos principais reservatórios da Terra
Reservatório Área Volume %
Volume
%
Volume
(103 km
2) (10
6 km
2) Total de água doce
Oceanos 361.300 1.338 97,5
Subsolo 134.800 23,4 1,7
Água doce 10,53 0,76 29,9
Umidade do
solo
0,016 0,001 0,05
Calotas
polares
16.227 24,1 1,74 68,9
Antártica 13.980 21,6 1,56 61,7
Groenlândia 1.802 2,3 0,17 6,68
Ártico 226 0,084 0,006 0,24
Geleiras 224 0,041 0,003 0,12
Solos
Gelados
21.000 0,3 0,022 0,86
Lagos 2.059 0,176 0,013 0,26
Água doce 1.236 0,091 0,007
Água
salgada
2.683 0,085 0,006
Pântanos 14.880 0,011 0,0008 0,03
Calha dos
rios
0,002 0,0002 0,006
Biomassa 0,001 0,0001 0,003
Vapor
Atmosfera
0,013 0,001 0,04
Totais 1,386 100
Água doce 35 2,53 100
Fonte: Shiklomanova (1998)
Dos percentuais indicados pela tabela 1 apenas 2,53 % representa o volume de água
doce, desta maneira o trato com a mesma deve ser cuidadoso, pois se trata de um bem escasso
e finito. A água salgada representa 97,47 % e sua aplicação é restrita a casos especiais, como
2
exemplo no arquipélago de Fernando de Noronha/PE em períodos de estiagem é aplicado a
dessanilização para posterior consumo.
No caso particular do Brasil, o seu maior recurso hídrico e também do Mundo,
correspondendo a 20% de toda a água doce disponível no planeta, é a bacia Amazônica, que
está distante das grandes concentrações urbanas e industriais, o que implica, apesar dos outros
recursos do país, tornar a água doce um bem de extremo valor para as demais regiões longes
daquela riqueza (NAVACHI, 2002).
Os custos do tratamento da água e efluentes englobam desde os produtos químicos
(coagulantes, alcalinizantes e desinfetantes) até a energia elétrica, manutenção de
equipamentos, equipe de operação e outros. Diversos fatores interferem, em maior ou menor
montante, nestes custos, destacando-se as características da água bruta e do efluente, e sua
adequabilidade à tecnologia de tratamento, os parâmetros hidráulicos intervenientes nos
processos e operações unitárias inerentes à potabilização ou reciclagem, o nível técnico da
equipe de operação, os graus de automação e de mecanização da unidade. Alia-se a tais
fatores, a localização geográfica e o grau de desenvolvimento da cidade, a facilidade de
obtenção dos produtos, dos equipamentos e da mão de obra especializada, tornando complexa
sua avaliação global (LIBÂNIO, 2008).
A água tratada destinada ao consumo humano deverá respeitar a 72 parâmetros de
qualidades exigidos pela Portaria 518/2004. Atingir tais níveis de qualidade é um desafio,
sendo as mais diversas exigências; desde níveis de temperatura da água, ausência microbiana
e concentração de ferro dissolvido.
A água potável segundo a Portaria 518/2004 é definida como água para consumo
humano cujos parâmetros microbiológicos, físicos, químicos e radioativos atendam ao padrão
de potabilidade e que não ofereça riscos à saúde;
O tratamento da água é um processo oneroso, que exige índices elevados de
qualidade haja vista a importância a saúde pública. Este trabalho estuda a perda da qualidade
da água nos sistemas de distribuição devido à corrosão. A distribuição da água das Estações
de Tratamento d`Água (ETA) até os consumidores finais é realizada por adutoras geralmente
enterradas. Os quais com o passar dos anos apresentam corrosão interna em suas paredes. A
corrosão é um processo comum em tubulações de ferro fundido e galvanizado em presença de
água. A água mesmo apresentando-se potável, possui espécies químicas dissolvidas que
podem afetam a cinética corrosiva do material empregado, ou mesmo alterar a forma de
corrosão incidente nos dutos.
3
As perdas decorrentes da corrosão não estão limitadas a perdas materiais, em nosso
estudo a água tratada é comprometida pela degradação do material condutor. Nos sistemas de
distribuição de água da Escola de Especialistas de Aeronáutica (EEAR) temos alteração na
coloração da água, apresentando-se turvas em pontos consumidores desta organização. Os
índices de cloro dissolvidos em análises químicas realizadas nas dependências da Escola
indicam concentração inferior à desejada em alguns pontos medidos. Ainda tem-se a redução
dos diâmetros internos das tubulações, dificultando as vazões de água ou mesmo inibindo o
fornecimento aos consumidores. São diversos os problemas causados pela corrosão nas
paredes internas das tubulações, o conhecimento dos mecanismos envolvidos é fundamental
para o sucesso no fornecimento de água tratada para consumo humano.
4
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. Evolução dos Índices de Potabilidade
A primeira estação de tratamento de água norte-americana data aproximadamente de
1799, na cidade Philadelphia (EUA). No início do século XX a rede de abastecimento
americana contava com mais de 3000 sistemas implantados.
A população no início foi acometida por doenças advindas dos baixos índices de
potabilidade da água. O controle destes índices tornou-se uma preocupação nos EUA somente
em 1914, com a implantação de parâmetros biológicos de qualidade. Na época foram
estipulados valores máximos de 100 organismos/ml por amostra em placa, e uma das cinco
porções de 10 ml de cada amostra poderia apresentar bactéria coliforme (LIBÂNIO, 2008).
Naturalmente o padrão de qualidade americano, com o intuito de reduzir surtos de doenças
transmitidas pela água, incrementou as exigências de potabilidade
A turbidez da água em 1974 foi uma característica que passou por mudanças em seu
índice de potabilidade, pois na época comprovou-se sua influência na presença de partículas
coloidais que as quais afetam na desinfecção da água pelo cloro. Este parâmetro foi reduzido
de 5 uT para 1uT, no Brasil esta mudança ocorreu após 18 anos.
A Portaria 518/2004 foi formulada de acordo com publicações das instituições
American Public Health Association (APHA), American Water Association (AWWA) e Water
Environment Federation (WEF), e também das normas ISO (Internatinal Stadardization
Organization).
5
Figura 1 - Números de parâmetros contemplados no padrão de potabilidade estabelecidos por três
portarias nacionais.
Fonte: Libânio, 2008.
Os níveis de exigência da Portaria 518/2004 são maiores em comparação as
anteriores. Doenças provenientes de água contaminadas geram elevados custos anuais aos
sistemas de saúde. Água destinada ao consumo humano deverá atender aos 72 parâmetros da
Portaria 518/2004.
2.2. Portaria 518/2004
A Portaria 518/2004 é norma estabelecida em 25 de março de 2004 pelo Ministério
da Saúde, o qual promove o controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano.
Esta nova norma contou com atualizações e revisões em seu conteúdo substituindo Portaria
n.º 1469, – publicada em 29 de dezembro de 2000.
A Portaria atribui em seu texto responsabilidades das partes envolvidas nos processos
de produção de água tratada, por parte de quem produz, de quem fiscaliza a qualidade da água
em diversas instâncias do governo e o órgão cuja finalidade é a vigilância da qualidade da
água para consumo humano. A Portaria constitui um instrumento fundamental na garantia de
água potável, sendo sua difusão e implantação necessária ao sucesso da água como agente de
saúde pública.
6
2.2.1. Características Microbiológicas
A água após tratamento deverá atender os seguintes parâmetros listados na
tabela 2. Agentes microbianos podem causar diversos males à saúde humana, por exemplo, a
bactéria Escherichia coli pode causar diarréia, e países em desenvolvimento este bacilo é
responsável pela morte de 300.000 a 500.000 crianças/ano menores de 5 anos (JAMES,2010).
Tabela 2 - Padrão microbiológico de potabilidade da água para consumo humano.
Parâmetro VMP(1)
Água para consumo humano (2)
Escherichia coli ou coliformes termotolerantes(3)
Ausência em 100 ml
Água na saída do tratamento
Coliformes totais Ausência em 100 ml
Água tratada no sistema de distribuição (reservatórios e rede)
Escherichia coli ou coliformes
termotolerantes(3)
Ausência em 100 ml
Coliformes Totais Sistemas que analisam 40 ou mais
amostras por mês:
Ausência em 100 ml em 95% das
amostras examinadas no mês.
Sistemas que analisam menos de 40
amostras por mês:
Apenas uma amostra poderá apresentar
mensalmente resultado positivo em 100
ml.
Notas: (1) valor máximo permitido.
(2) água para consumo humano em toda e qualquer situação, incluindo fontes
individuais como poços, minas, nascentes, dentre outras.
(3) a detecção de Escherichia coli deve ser preferencialmente adotada.
A desinfecção da água é um fator importante a saúde humana, o artigo 13 relata:
após a desinfecção, a água deve conter um teor mínimo de cloro residual livre de 0,5 mg/L,
sendo obrigatória a manutenção de, no mínimo, 0,2 mg/L em qualquer ponto da rede de
distribuição, recomendando-se que a cloração seja realizada em pH inferior a 8,0 e tempo de
contato mínimo de 30 minutos.
2.2.2. Características Físicas e Organolépticas
As características físicas e organolépticas da água e os valores máximos permissíveis
são apresentados na Tabela 3.
7
Tabela 3 - Características Físicas e Organolépticas.
CARACTERÍSTICA VALOR MÁXIMO PERMISSÍVEL (VMP)
Cor Aparente (uC) 5 (*)
Turbidez (uT) 1 (**)
Odor Não Objetável
Sabor Não Objetável
(*) valor máximo permissível para a água entrando no sistema de
distribuição; um valor de até 15 uC é permitido em pontos da rede de
distribuição;
(**) valor máximo permissível para a água entrando no sistema de
distribuição; um valor de até 5 uT é permitido em pontos da rede de
distribuição se for comprovado que a desinfecção não será comprometida por
esse valor maior.
2.2.3. Características Químicas
A seguir são apresentados tabelas com os valores máximos permitidos de
componentes químicos inorgânicos e orgânicos que afetam a saúde humana, componentes que
degradam propriedades organolépticas, deste modo não aferindo a água potabilidade.
A Portaria 518/2004:
§1.º Recomenda-se que, no sistema de distribuição, o pH da água seja mantido na
faixa de 6,0 a 9,5.
§2.º Recomenda-se que o teor máximo de cloro residual livre, em qualquer ponto do
sistema de abastecimento, seja de 2,0 mg/L.
Tabela 4 - Padrão de aceitação para consumo humano.
PARÂMETRO UNIDADE VMP(1)
Alumínio mg/L 0,2
Amônia (como NH3) mg/L 1,5
Cloreto mg/L 250
Cor Aparente uH(2) 15
Dureza mg/L 500
Etil Benzeno mg/L 0,2
Ferro mg/L 0,3
Manganês mg/L 0,1
Monoclorobenzeno mg/L 0,12
Odor - Não objetável(3)
Gosto - Não objetável(3)
Sólido mg/L 200
Sólido Dissolvidos Total mg/L 1000
Sulfato mg/L 250
Sulfeto de Hidrogênio mg/L 0,05
Surfactantes mg/L 0,5
Tolueno mg/L 0,17
Turbidez UT(4) 5
8
Tabela 4. - Padrão de aceitação para consumo humano.
Zinco mg/L 5
Xileno mg/L 0,3
Notas: (1) Valor máximo permitido.
(2) Unidade Hazen (mg Pt–Co/L).
(3) Critério de referência.
(4) Unidade de turbidez.
Na tabela 4 são apresentados os padrões de aceitação para consumo humano. A
presença do ferro na água incrementa a turbidez do meio, conferindo aspecto desagradável.
Além da turbidez da água, a concentração de oxigênio dissolvido é reduzida favorecendo a
formação de colônias de bactérias anaeróbias em tubérculos presentes nas paredes internas
dos dutos de ferro.
Tabela 5 - Padrão de potabilidade para substâncias químicas que representam risco à saúde.
Parâmetro Unidade VMP(1)
Inorgânicas
Antimônio mg/L 0,005
Arsênio mg/L 0,01
Bário mg/L 0,7
Cádmio mg/L 0,005
Cianeto mg/L 0,07
Chumbo mg/L 0,01
Cobre mg/L 2
Cromo mg/L 0,05
Fluoreto(2) mg/L 1,5
Mercúrio mg/L 0,001
Nitrato (como N) mg/L 10
Nitrito (como N) mg/L 1
Selênio mg/L 0,01
Orgânicas
Acrilamida μg/L 0,5
Benzeno μg/L 5
Benzo[a]pireno μg/L 0,7
Cloreto de Vinila μg/L 5
1,2 Dicloroetano μg/L 10
1,1 Dicloroeteno μg/L 30
Diclorometano μg/L 20
Estireno μg/L 20
Tetracloreto de Carbono μg/L 2
Tetracloroeteno μg/L μg/L 40
Triclorobenzenos μg/L μg/L 20
Tricloroeteno μg/L 70
Agrotóxicos
Alaclor μg/L 20
9
Tabela 5 - Padrão de potabilidade para substâncias químicas que representam risco à saúde.
Aldrin e Dieldrin μg/L 0,03
Atrazina μg/L 2
Bentazona μg/L 300
Clordano (isômeros) μg/L 0,2
2,4 D μg/L 30
DDT (isômeros) μg/L 2
Endossulfan μg/L 20
Endrin μg/L 0,6
Glifosato μg/L 500
Heptacloro e Heptacloro
epóxido
μg/L 0,03
Hexaclorobenzeno μg/L 1
Lindano (γ-BHC) μg/L 2
Metolacloro μg/L 10
Metoxicloro μg/L 20
Molinato 6
Pendimetalina μg/L 20
Pentaclorofenol μg/L 9
Permetrina μg/L 20
Propanil μg/L 20
Simazina μg/L 2
Triflularina μg/L 20
Cianotoxinas
Microcistinas(3)
μg/L 1,0
Desinfetantes
Bromato mg/L 0,025
Clorito mg/L 0,2
Cloro livre(4)
mg/L 5
Monocloramina mg/L 3
2,4,6 Triclorofenol mg/L 0,2
Trihalometanos mg/L 0,1
Notas: (1) Valor máximo permitido.
(2) Os valores recomendados para a concentração de íon fluoreto devem
observar à legislação específica vigente relativa à fluoretação da água, em
qualquer caso devendo ser respeitado o VMP desta tabela.
(3) É aceitável a concentração de até 10 μg/L de microcistinas em até 3 (três)
amostras, consecutivas ou não, nas análises realizadas nos últimos 12 (doze)
meses.
(4) Análise exigida de acordo com o desinfetante utilizado.
Os componentes presentes na tabela acima são tóxicos em concentrações acima do
permitido em Portaria. O chumbo, por exemplo, é um componente inorgânico tóxico que
causa diversos distúrbios a saúde quando ingerido. Os efeitos tóxicos podem ocorrer no
sistema nervoso central e periférico, sanguíneo, rins, sistemas cardiovascular, endócrino e
imunológico, trato gastrointestinal, e reprodução (GUNNAR, 2007). Tubulações de chumbo
10
não são empregadas atualmente em sistemas de distribuição de água, devido aos danos a
saúde citados.
2.3. Processos de Clarificação da Água
2.3.1. Coagulação
Segundo os dicionários coagular significa um processo por envolver,
simultaneamente, fenômenos químicos e físicos. A superfície das águas brutas naturalmente
contém partículas de origem inorgânicas e orgânicas. Podemos citar como particulados
inorgânicos óxidos de minerais, sedimentos, argilas: os quais naturalmente são absorvidos
pela água por processos de erosão nos cursos dos rios; os particulados orgânicos os quais
também podem estar presentes: bactérias, algas, protozoários, vírus, colóides e compostos
orgânicos dissolvidos.
Geralmente partículas suspensas e coloidais na água apresentam carga negativa e
para remoção das mesmas há necessidade de adição de agentes coagulantes. Existem
mecanismos de interação os quais explicam tais como: compressão da dupla camada,
adsorção-desestabilização, varredura e formação de pontes químicas.
São considerados fatores intervenientes na coagulação o tipo de coagulante usado,
pH, natureza das partículas bem como sua distribuição no meio, a concentração da solução
coagulante, temperatura da água entre outros fatores.
Tabela 6 - primários usualmente empregados no processo de coagulação.
Nome
Comercial
Composição
Típica
Al2O3 ou
Fe
(%)
Ponto de
congelamento
(oC)
Dosagens
UsuaisIII
(mg/l)
Massa
Específica
(kg/m3)
Disponibilidade
Sulfato de
alumínioI
Al2(SO4)3.N
H2OII
8,3 a 17,1 - 8 10 a 60 600 a 1400 Sólido ou
Líquido
Cloreto
férrico
FeCl3.6H2O 12 a 14 - 20 a - 50 5 a 40 1425 Líquido (39 a
45 %)
Sulfato
ferroso
clorado
FeSO4.7H2O 10 a 12,5 - 40 5 a 25 1470 Líquido ( 16 a
20 %)
Sulfato
férrico
FeSO4.9H2O 5 a 40 1530 a
1600
Sólido e
Líquido (17%)
Cloreto de
polialumínio
Aln(OH).n
Cl3
6 a 10,5IV
- 12 < 10V 900 Sólido
I O sulfato de alumínio líquido fornecido a concentrações de 50 % peso/peso.
II o número de moléculas de água de hidratação varia dependendo do produto sendo. 14,3 e 18 mais usuais.
III Dosagens aplicadas em estações convencionais.
IV Em função da basicidade de 50 ou70%.
V Uso ainda incipiente no Brasil.
Fonte: Libânio (2008).
11
Comparando-se a eficiência dos coagulantes a base de ferro, sulfatos de alumínio e
cloreto de polialumínio (PACL) apresentam desempenho na remoção da turbidez idênticas, no
entanto o PACL ao que tange na redução das águas de lavagem após processos de tratamento
da água mostrou mais eficiente em comparação aos demais.
A formação de camada incrustante em sistemas de distribuição de água tratada pode
ser favorecida por agentes coagulantes que contém sulfato, onde o íon referido interage com a
corrosão presente na parede interna do duto formando a incrustação.
2.3.2. Floculação
O processo de floculação é considerado operação unitária de clarificação da água, e
está diretamente ligado com a coagulação, no qual se trata de processos simultâneos. O agente
coagulante com carga elétrica oposta à partícula (geralmente negativa) contida na água bruta
irão se atrair formando um floco. O princípio é possibilitar sedimentações mais vigorosas com
o intuito de clarificar a água para posteriores tratamentos.
As unidades específicas de floculação são fundamentais quando o tratamento
envolver processo de coagulação, em sua ausência o número de partículas afluentes nos filtros
serão maiores reduzindo o intervalo entre as lavagens dos filtros, e necessariamente
impactando no consumo de água.
São fatores intervenientes a floculação: o tempo de retenção hidráulica, gradientes de
velocidade e a geometria dos agitadores e das camadas de floculação (Crittenden, 2008).
2.3.3. Decantação
A decantação é operação unitária procedente da coagulação e floculação. Os flocos
formados na etapa anterior depositarão naturalmente pela força da gravidade no fundo do
decantador, para posteriormente remoção, constituindo também uma etapa da clarificação da
água.
Segundo Libânio (2008) data de tempos imemoráveis registros confiáveis referem-se
ao hábito dos egípcios, por volta de 2000 a.C., acondicionarem as águas naturais em jarros
para serem consumidas após determinado tempo com intuito de reduzir a quantidade de
partículas suspensas e dissolvidas. A motivação para se pensar em adicionar alguma
substância que fomentasse a aglutinação certamente adveio das frustradas tentativas de
reduzir a concentração de partículas coloidais presentes nas águas naturais.
A eficiência da decantação será fundamental durante a filtração, quanto menor o
número de partículas suspensas maiores serão os períodos para que ocorra saturação dos
12
filtros. Desta maneira os intervalos entre as retro lavagens ocorrem com menor freqüência,
gerando menores volumes de águas de lavagens.
Os resíduos gerados nas unidades de decantação lançados nos corpos d`água alteram
padrões estéticos devido à elevada turbidez e cor. O resíduo gerado está diretamente ligado ao
modelo de tratamento empregado na ETA, dessa maneira é necessário o tratamento do lodo.
2.3.4. Filtração
A filtração é operação unitária de clarificação da água utilizada para remover
materiais particulados da água. ETAs de modo geral empregam a filtração em seus processos,
no qual a água bruta após coagulação, floculação e sedimentação ainda contém material
particulado. Este material será removido pela filtração em busca de patamares de qualidades
exigidos, evitando expor a saúde dos consumidores a agentes patogênicos.
Os filtros rápidos é o modelo mais comumente utilizados em qualquer processo de
tratamento d`água. Após as operações de clarificação citadas anteriormente a água é filtrada
neste filtro pela ação da gravidade. O filtro rápido é muito difundido nas ETAs devido a sua
elevada taxa de filtração, cuidadoso pré-tratamento da água e capacidade de retro lavagem da
água filtrada em fluxo ascendente através do leito filtrante. Naturalmente na retro lavagem a
água utilizada nesse momento é considerada um resíduo do processo no qual há necessidade
de devido tratamento.
2.3.5. Desinfecção
A desinfecção consiste em última etapa no processo de conversão de água bruta em
água tratada requerida para consumo humano, nesta etapa a eliminação de agentes
patogênicos é o objetivo. Naturalmente os processos físicos químicos adotados anteriormente
não asseguram a remoção total dos agentes microbianos. A desinfecção torna relevante quanto
à qualidade exigida dos patamares bioquímicos contidos na Portaria 508/2004. Os agentes
desinfectantes disponíveis são químicos e físicos.
O cloro e ozônio são dois agentes químicos de desinfecção que se destacam quanto
ao seu emprego nas estações, ainda pode-se citar bromo, iodo, ácido acético. No Brasil o gás
cloro possui destaque em seu emprego devido ao seu reduzido custo, é facilmente aplicado
nas águas devido a sua alta solubilidade e é capaz de destruir grande diversidade de
microorganismos patogênicos; em contrapartida trata-se de um gás venenoso e corrosivo. O
ozônio é um competidor do cloro quanto à agente desinfectante apenas na Europa, onde é
utilizado em larga escala (Libânio, 2008).
13
Agentes físicos de desinfecção destacam-se as radiações ultravioletas (UV) associado
à radiação solar em ondas curtas no decaimento celular quando exposto a mesma. Face o
exposto o emprego de radiação artificial em escala prática foi possível após o
desenvolvimento das lâmpadas de vapor de mercúrio. Outro agente físico relevante é a
fervura da água em domicílios, o calor aplicado é capaz de eliminar agentes nocivos a saúde.
Os mecanismos de desinfecção apesar de não serem completamente elucidados há
evidências quanto à inativação de enzimas vitais a vida do microorganismo.
A escolha do processo adotado deve aperfeiçoar a eficiência na destruição de
patógenos em relação ao custo de seu emprego, atendendo aos padrões de potabilidade em
vigor, onde a escolha pelo processo de desinfecção deverá ser criteriosa.
2.3.6. Fluoretação
A fluoretação é processo complementar ao tratamento da água, cujo objetivo é inibir
a formação de cáries principalmente em crianças. A Portaria 518/2004 estabelece
concentração máxima de 1,5 mg/l.
2.4. Sistema de Distribuição de Água
O sistema de distribuição é última etapa no processo de tratamento da água. Um
tratamento eficaz da água com vistas atender aos parâmetros é dependente da distribuição da
mesma até seus consumidores finais. A captação, as operações de clarificação (coagulação,
floculação, decantação e filtração), e desinfecção são etapas constituintes do tratamento, no
entanto todo este trabalho pode ser comprometido caso as adutoras apresentem problemas.
O projeto de sistema de distribuição de água na sua concepção busca suprir água com
altos índices de qualidades em todas as áreas de fornecimento, permitir que qualquer parte do
sistema possa ser isolado para eventuais manutenções, reparos e descontaminações sem que
haja interrupção no suprimento.
Assegurar a potabilidade da água é um desafio. A vigilância de fontes de
contaminação da água nos sistemas de distribuição de água é fundamental. Esta tarefa é
complexa devido à natureza dos sistemas os quais contém adutoras, válvulas, hidrantes,
bombas, e linhas de serviços.
No sistema de suprimento de água norte americano os principais materiais aplicados
a este fim são: ferro fundido e ferro fundido dúctil (cerca de 70%), concreto, cloreto de
polivinila (PVC), cobre e chumbo. (CRITTENDEN, 2005)
14
2.5. Corrosão
Corrosão é um processo de deterioração de um material, geralmente metálico, por
ação química ou eletroquímica do meio ambiente associada ou não a esforços mecânicos. A
deterioração causada pela interação físico-química entre o material e o seu meio operacional
representa alterações prejudiciais indesejáveis, sofridas pelo material, tais como desgaste,
variações químicas ou modificações estruturais, tornando-o inadequado para o uso (GENTIL,
2007).
Há diversos problemas associados à corrosão em vários seguimentos de interesse do
homem, gerando perdas econômicas na reposição de material, custo de manutenção e diversas
e outras perdas indiretamente ligadas ao processo de corrosão. Podemos destacar como custo
direto em substituição de peças, equipamentos, mão-de-obra requerida, a energia empregada,
manutenção, processos de inibição de corrosão, pinturas entre outros processos. Os custos
indiretos são mais difíceis de mensurar, mas estas perdas também podem ser atribuídas à
corrosão, analisando uma perda de produtividade para manutenção de um equipamento
afetado por corrosão é considerada uma perda indireta por corrosão. São inúmeras as perdas
decorrentes a processos de corrosão, segundo Cramer (2005) a soma dos custos globais
diretos e indiretos atinge valores de $1930 bilhões de Dólares em 2004.
Figura 2 - Padrão de contribuição de cada país para o custo direto global de corrosão, ano 2004.
Fonte (CRAMER,2005ASM , pag 625).
A figura 2 indica a contribuição de cada país no custo direto global com corrosão. A
contribuição dos Estados Unidos é 31%; Japão, Rússia e Alemanha contribuem com cerca de
5 a 6%. O gráfico é útil em análises comparativas entre os gastos das nações, além de indicar
seu desenvolvimento econômico.
15
2.5.1. Termodinâmica aplicada à Corrosão
A corrosão é uma reação química de oxi-redução cuja espontaneidade deverá
respeitar o seguinte enunciado: “Se a energia livre da reação é positiva, então a corrosão não
irá acorrer. Se a energia livre da reação for negativa, então a corrosão poderá acorrer” (pag.
1715 CRITTENDEN, 2005).
ΔGF, i = ΔG°F,i + RT ln{i}
Onde:
ΔGF, i = variação da energia livre de Gibbs i, kJ/mole
ΔG°F, i = variação da energia livre de Gibbs de formação por mol de i nas condições padrões,
kJ/mole
R = constante universal dos gases, 8.314 × 10–3 kJ/mole · K
T = temperatura absoluta, K (273 + °C)
{i} = atividade das espécies i.
Se ΔG < 0: o processo é espontâneo
Se ΔG > 0: o processo não é espontâneo
Se ΔG = 0: o sistema está em equilíbrio
Por exemplo, a reação
2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O (l)
possui ΔG muito negativo. Porém o gás oxigênio e o gás hidrogênio podem coexistir
em um sistema isolado durante milhões de anos antes que todo gás reagente tenha se
convertido em água líquida. Neste ponto, não podemos nos referir à velocidade da reação.
Podemos apenas nos referir à possibilidade de ela ocorrer espontaneamente. (BALL, 2005)
2.5.2. Reações de Oxi-Redução
Segundo Gentil, reações de oxirredução (redox) são reações em que há variação de
número de oxidação , perda. O fenômeno de oxirredução é simultâneo, isto é, sempre que há
oxidação (perda de elétrons) há também redução (ganho de elétrons).
Uma solução contendo íons Cu2+
adiciona-se zinco metálico Neste meio reacional
ocorrerá uma reação espontânea o qual o íon colorido Cu2+
é convertido em cobre metálico
sólido, e o zinco metálico em íon Zn2+
. A reação redox:
Zn (s) + Cu2+
→ Zn2+
+ Cu (s)
A equação acima é considerada oxirredução devido as meias reação reações
apresentadas a seguir:
16
Zn (s) → Zn2+
+ 2e- (oxidação do zinco)
Cu2+
+ 2e- → Cu (s) (redução do cobre)
Oxidação é a perda de elétrons de uma espécie química em uma reação de
oxirredução, neste caso o zinco (Zn). Redução é ganho de elétrons de uma espécie química, o
cobre (Cu).
2.5.3. Potencial Padrão
O potencial padrão utiliza como eletrodo padrão o gás hidrogênio para determinar as
variações de energia em um sistema. Sendo assim o potencial padrão da meia reação redução:
2H+
(aq) + 2e- → H2 (g) E
o = 0,00 V
Todos os eletrodos indicados na tabela de potenciais padrões estão definidos em
relação a esta meia reação. O eletrodo padrão de hidrogênio (tab.7) é constituído de um fio de
platina coberto com platina finamente dividida (negro de platina) que absorve grande
quantidade de hidrogênio. O eletrodo é imerso em uma solução 1M de íons de hidrogênio (por
exemplo, solução 1M HCl), através da qual o hidrogênio gasoso é borbulhado sob pressão de
1 atmosfera e temperatura de 25 oC. (Gentil, 2005)
Figura 3 - O eletrodo de padrão de hidrogênio.
17
O cálculo do potencial global de uma reação de oxirredução é obtido pela adição das
meias reações, e ambas devem possuir o mesmo número de elétrons para adotar este
procedimento descrito a seguir:
Reação E° (V)
Fe → Fe2+
+ 2e-
−(−0.44) Oxidação
2H+
+ 2e- → H2 0.00 Redução
2H+ + Fe → Fe
2+ + H2 +0.44
A IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada) recomenda a convenção
de sinais das reações oxirredução escrevendo-se a equação do eletrodo pela redução do metal:
Mn+ + ne- → M.
Zn2+
+ 2e-→ Zn (s) (- 0,763 V)
Cu2+
+ 2e- → Cu (s) (+ 0,337 V)
Tabela 7 - Tabela de potenciais-padrões de redução.
18
A tabela de potenciais contém informações relativas ao potencial elétrico expresso
em Volts, estes potenciais nos indicam a possibilidade de reação (corrosão), mas não indicam
sua natureza cinética.
2.5.4. Equação de Nernst
A equação de Nernst contempla soluções eletrolíticas as quais possuem concentração
diferente do padrão, isto é 1M. O potencial elétrico é influenciado pela variação da
concentração dos íons presentes em solução. A equação abaixo demonstra este
comportamento:
ou
E: potencial observado
Eo: potencial padrão
R: constante dos gases perfeitos ( R = 8,314 J.K-1
.mol-1
)
T: temperatura em graus Kelvin
n: número de elétrons envolvidos (variação no número de oxidação das espécies químicas
envolvidas)
F: constante de Faraday (F = 96500 Coulombs)
Tabela 8 - Influência da concentração no potencial.
Fonte: GENTIL (2005).
2.5.5. Diagrama de Pourbaix
O belga Marcel Pourbaix estabeleceu em 1940 um método gráfico o qual relaciona o
potencial padrão (Eo) e pH, derivado das relações contidas na equação de Nernst que
apresenta-se como ferramenta para prever em dadas condições ocorra corrosão, imunidade ou
passivação do metal. O diagrama de Pourbaix é útil em representar diversos equilíbrios
eletroquímicos entre o metal e a solução eletrolítica, mas apresenta limitações quanto à
19
cinética química do processo. O diagrama nos indica se o metal poderá sofrer processo de
corrosão ou não, mas não o tempo necessário para apurar a degradação do metal.
Caso a solução não contenha gases dissolvidos ou substâncias, apenas íons H+, as
retas paralelas inclinadas em relação ao eixo das abscissas possuem coeficiente angular igual
a – 0,0591 V/pH.
As linhas paralelas a e b cuja inclinação é – 0,0591 V representam condições das
equações químicas da água descritas abaixo:
2H+ + 2e
- → H2 ou 2H2O + 2e
- → H2 + 2OH
- (linha a)
2H2O + 2e- → O2 + 4H
- + 4e
- (linha b)
Abaixo da linha a temos pressão de H2 igual a 1 atm,a água nesta região do diagrama
tenda a sofre redução gerando gás hidrogênio. Acima da linha b temos pO2 = 1 atm, a água
nesta região tende a se decompor por oxidação liberando O2, e a área limitada pelas linhas a
e b representa o domínio de estabilidade da água.
As linhas tracejadas 1’, 2’, 3’...assim por diante representam o equilíbrio
químico das espécies iônicas, por exemplo no caso do ferro temos o equilíbrio do Fe2+
e Fe3+:
As linhas 13 e 17 delimitam os domínios de estabilidade entre as espécies Fe, Fe2O3,
Fe3O4. Finalizando, as linhas 20, 28, 26 e 23 representam as condições de equilíbrio entre os
metais em solução e seus respectivos íons, delimitando a área que o metal sofre degradação
com as quais o metal é imune ou apassivado. As linhas log(M) = 0, -2, -4, -6 são chamadas
linhas de solubilidade.
20
Figura 4 - Diagrama de Pourbaix para o ferro: equilíbrio potencial-pH.
O diagrama da figura 4 nos permite algumas análises do comportamento do ferro em
solução:
- que contém baixas concentrações de oxigênio dissolvido, o Fe estará submetido às
condições abaixo da linha a. Nesta região a água tende a sofrer redução liberando H2, e o ferro
sofrerá corrosão em pH fortemente básico ou ácidos com redução de H+, e entre 9,5 e 12,5
temos a formação do Fe3O4 apassivando a superfície do metal.
- na presença de O2 o potencial do ferro será elevado. A corrosão do metal é
provocada quando o pH da solução é inferior a 8, o incremento no potencial será insuficiente
para apassivação; quando as condições de meio estiver com pH superior a 8 temos a formação
21
de óxidos de ferro com desprendimento de H2, se houver presença de íons cloro a apassivação
do metal não é eficaz.
- a proteção catódica favorecerá a redução do potencial do ferro, favorecendo a
imunidade do metal limitando-o abaixo das linhas 23, 13 ou 24 do diagrama.
- a proteção anódica, o metal será encoberto por película de apassivação (Fe3O4 ou
Fe2O3). A proteção poderá perfeita ou imperfeita, em caso de imperfeições o filme de
apassivação terá pontos os quais não apresentará proteção, e em solução com presença de íons
de cloro haverá ataque do mesmo a superfície do metal.
2.5.6. Fatores que influenciam a taxa de Corrosão
2.5.6.1. Fatores Físicos
Velocidade do fluxo na tubulação, valores acima de 1,5 m/s;
A velocidade dos fluidos é uma variável que influencia no processo de
corrosão. Sua influência depende da liga, dos componentes do fluido, de suas
propriedades físicas, geometria o qual o fluido está contido.
Altas temperaturas, maiores que 60 oC;
Partículas sólidas.
2.5.6.2. Fatores Químicos
2.5.6.2.1. Efeito do oxigênio dissolvido
A água com pH igual 7 ou mesmo próximo da neutralidade o ferro é atacado na
presença de oxigênio dissolvido. A cinética corrosiva no início do processo é elevada,
formam-se óxidos que aderem à superfície do metal inibindo o processo de degradação do
metal. A fig. 5 demonstra a evolução da velocidade pela concentração de oxigênio dissolvido,
este mesmo modelo gráfico revela que não há taxas apreciáveis na ausência de oxigênio
dissolvido a temperatura ambiente.
A reação anódica decorrente do oxigênio dissolvido:
2H2O + O2 + 4e- → 4OH
-
22
A evolução da velocidade de corrosão é linear até concentrações de 6 ml/l de O2
dissolvidos, sendo a taxa máxima de saturação ocorre a concentrações próximo a 12 ml/ de
O2. A variação do pH influi na saturação do oxigênio.
Figura 5 - Influência do oxigênio na velocidade de corrosão.
(GENTIL, 2005)
A redução na velocidade deve-se ao fato da passivação do metal, explicada pela
mudança do potencial do ferro com água saturada com ar de – 0,4 a – 0,5 V e com saturação
de oxigênio entre 0,1 a 0,4 V.
O diagrama de Pourbaix prevê as situações descritas acima de passivação do ferro,
mas em caso fratura da camada de proteção do metal e em presença de ânion fortemente
oxidante, por exemplo, o cloro, e em altas temperaturas verifica-se forte corrosão metálica.
2.5.6.2.2. pH
O efeito do pH na velocidade da reação pode ser constatado na fig.6. O diagrama
demonstra a taxa de corrosão do ferro entre os valores de pH 4 e 10 não está relaciona com a
concentração de H+ em solução. Os fatores determinantes a degradação do metal nesta faixa
são a concentração de oxigênio, a temperatura, a velocidade da água, ou solução eletrolítica.
Esta informação é demonstra que aços de baixo teores ou elevado de carbono quando
expostos a soluções aquosas (em geral pH entre 4 e 10) não apresentam variações nas
velocidades de corrosão.
23
Figura 6 - Efeito do pH na taxa de corrosão do ferro.
(GENTIL,2005)
Caso a solução apresente caráter ácido (pH < 4) ocorre incremento nas taxas
reacionais. Nesta faixa de atuação o metal será degradado mais rapidamente devido à
possibilidade de redução do H+ além da presença do O2. O sobrepotencial gerado pelo
desprendimento de H2 será o elemento que mais contribui para as taxas de corrosão.
Faixa de pH inferior superior a 10 temos a passivação do metal, se analisarmos o
diagrama de Pourbaix percebe-se este fato, o potencial do ferro com adição de 0,1 N de soda
caustica de – 0,5 V para valores de + 0,1 V reduzindo a cinética de degradação do metal, mas
em casos de altos valores de basicidade a corrosão do metal a camada apassivadora poderá ser
removida e convertida HFeO-, e o potencial reduzido a 0,86V. Nessas condições de meio o
ferro é oxidado como descrito a seguir:
2Fe + 2NaOH + 2H2O → 2NaFeO2 + 3H2
2Fe + 2NaOH + 3/2O2 → 2NaFeO2 + H2O
Em ausência de O2, temos:
2Fe + 2NaOH → Na2FeO2 + H2
Mesmo com presença da camada passivadora ocorre ataque superfície do metal,
convertendo em ferrito de sódio solúvel:
24
Fe(OH)3 + NaOH → NaFeO2 + 2H2O
2.5.6.2.3. Temperatura
A cinética das reações de corrosão de modo geral está diretamente relacionada com
incremento de temperatura, devido ao aumento da condutividade da solução eletrolítica
facilitando as trocas iônicas, facilita a difusão dos íons, mas acarreta na redução do oxigênio
dissolvido em solução sendo este um agente facilitador da corrosão.
2.5.6.2.4. Sais dissolvidos
A corrosão pode ser afetada de acordo com íon proveniente da dissolução do sal. A
presença de ânions extremante oxidante ou aumentar a condutividade do eletrólito deste modo
a corrosão será favorecida. O sal também pode favorecer a proteção do metal sob ataque,
criando condições de passivação ou inibição, ou mesmo reduzindo a solubilidade de oxigênio.
2.5.6.2.5. Poder Oxidante (potencial eletroquímico)
O poder oxidante em soluções aquosas traduz a capacidade de remoção ou adição de
elétrons ao metal, tanto para oxidá-lo ou reduzi-lo. O potencial não é sempre puramente
originado de soluções químicas, o qual pode também ser aplicado por uma fonte externa ao
processo, por meio de aclopamento galvânico de metais distintos. Estes conceitos possuem
aplicação prática na proteção da superfície do metal pela variação do potencial eletroquímico
do mesmo.
2.5.6.3. Fatores Biológicos
A corrosão microbiana geralmente ocorre pela ação bacteriana, mas há relatos de
algas e fungos como agentes facilitadoras da corrosão. Crittenden afirma que as bactérias
possuem diversas habilidades como agente catalisador de corrosão em tubulação de água, em
certas situações:
1. formam microzonas de alta acidez ou altas concentrações de espécies corrosivas;
2. elevam a concentração eletrolítica na superfície dos metais;
3. favorecem transferência de elétrons;
4. mediam a oxidação e redução de espécies químicas;
5. comprometem a proteção de filmes na superfície dos metais;
25
6. mediam a remoção dos produtos de reação à corrosão, aumentando a cinética
corrosiva, e
7. obtém vantagem de gradientes locais de potenciais redox para garantir energia para
suas necessidades metabólicas.
A presença de bactérias nos sistemas de distribuição de água é indicada pela redução
dos níveis de cloro residual nos consumidores finais, haja vista este íon possuir caráter
bactericida. Constatada sua presença, as bactérias nos sistemas de distribuição de água para
consumo humano podem agir como agentes de facilitadores de corrosão, sendo assim
indesejadas. Existem diversas espécies envolvidas em processo de corrosão, por exemplo:
redutoras de sulfato, produtora de metano, redutora de nitratos, bactérias de enxofre e
bactérias de ferro. Dentre as citadas as que causam maiores prejuízos são as bactérias de ferro
e bactérias redutoras de sulfato.
Abaixo dos tubérculos predomina condição de anaerobiose, neste meio as bactérias
redutoras de sulfato obtêm a energia necessária para redução do sulfato em sulfeto. A espécie
comumente encontrada no processo de corrosão nessas condições Desulfovibrio
desulfuricans.
Bactérias oxidantes de ferro presentes nos processos de corrosão são aeróbicas,
podemos citar as Gallionella ferruginea, ou ainda Crenotrix, Leptothrix Siderocapsa,
Sideromonas, microrganismos que possuem capacidade promover a corrosão do íon Fe2+
em
Fe3+
.
26
Figura 7 - (a) Seção transversal de tubérculos em tubulações. (b) Colônia de bactéria em poros de
tubérculos em paredes de tubulação. (c) Crescimento bacteriano em superfície de tubérculos (d) Habitat
de comunidade bacteriana em poros de incrustação.
(Letterman)
Os óxidos de ferro formados podem ficar aderidos como tubérculos nas paredes da
tubulação, formando uma acamada passivadora, com coloração castanho-amarelada. A
camada mais externa dos tubérculos possui maior rigidez, enquanto que a camada mais
interna é mais fluida. Os tubérculos acumulam íons cloreto e sulfato devido à polaridade das
cargas positivas da corrosão do ferro.
Os tubérculos causam diversos incômodos relativos à qualidade da água e também
no que se refere à capacidade de bombeio nos sistemas de distribuição. A água pode
apresentar cor de ferrugem quando ocorrer desprendimento dos óxidos de ferro, afetando um
dos parâmetros da qualidade da água para consumo humano, a turbidez. Geralmente a água
fica ferruginosa quando temos interrupção no fornecimento da água, no retorno do suprimento
27
da mesma temos o impacto da água com as paredes das tubulações remove os óxidos das
paredes do tubo degradando a água.
Figura 8 - Raspador ou pig, com lâminas de aço, usado para a limpeza de tubulações.
A formação dos tubérculos nem sempre é produto de corrosão, as bactérias também
podem oxidar íons Fe2+
presente na solução convertendo em Fe3+
aderindo à parede dos tubos.
O raspador ou pig é uma ferramenta utilizada na limpeza das paredes internas das tubulações,
restaurando o diâmetro original. Ao empregar o raspador para remoção dos depósitos expõe
as paredes da tubulação, caso haja corrosão grafítica o processo de corrosão pode ser
acelerado.
Gentil indica como medidas gerais e mais importantes para proteção contra a
corrosão induzida por microorganismos devem ser citadas:
limpeza sistemática e sanitização;
eliminação de áreas de estagnação e de frestas;
emprego adequado de biocidas;
aeração;
variação de pH;
revestimentos;
proteção catódica.
2.5.7. Corrosão em Sistemas de Distribuição de Água
Os metais não são solúveis em água, mas os metais utilizados na construção de
tubulações não são estáveis a este meio, e como resultado oxidam ou são corroídos. É
fundamental a compreensão dos fenômenos os quais governam as taxas de oxidação bem
como a solubilidade dos produtos oxidados. A atividade microbiana é relevante em qualquer
28
projeto de tubulação de distribuição de água, pois em ambientes favoráveis podem catalisar
reações de oxi-redução localizadas.
No transporte de água potável por meio de tubos metálicos, os quais geralmente são
de ferro fundido; a corrosão pode ocasionar perdas de carga devida à formação de
incrustações, necessitando de taxas maiores de bombeamento; paralisação de fornecimento de
água devido a rompimento das adutoras; contaminação da água tratada reduzindo
concentrações de cloro livre residual e alterando sabor tornado-a visualmente desagradável; e
em tubulações de chumbo os quais atualmente são proibidos em sistemas de distribuição
devido à toxicidade em caso de corrosão, mesmo em pequenas porções pode causar
saturnismo.
O conhecimento dos princípios da formação da corrosão é fundamental, não apenas
para identificar o tipo, mas também para inibi-la. Deste nodo, para se afirmar a possibilidade
do emprego do material, deve-se fazer um estudo do conjunto: material metálico, meio
corrosivo e condições operacionais (GENTIL,2005).
2.5.8. Formas comuns de Corrosão
O conhecimento dos mecanismos de corrosão presentes em sistemas de distribuição
de água é fundamental para adoção da estratégia adequada para o controle da mesma.
Destacam duas formas de corrosão interna em adutoras de água potável: corrosão
uniforme e corrosão localizada. A corrosão uniforme é a mais frequente nesses sistemas, e a
contaminação da água pela decomposição das paredes internas da tubulação é provocada em
maior parte por este tipo de corrosão.
2.5.8.1. Corrosão Uniforme
A corrosão uniforme consiste na degradação linearmente distribuída pela superfície
do metal. Neste tipo de corrosão o controle é mais facilitado, pois a redução da espessura ou
mesmo da massa é usado como medida de taxa de corrosão.
A corrosão uniforme geralmente ocorre em meio aquoso, sendo os fatores os quais
interferem na taxa de degradação em meio aquoso são:
pH (ácido)
poder oxidante (potencial eletroquímico)
temperatura e transferência de calor
velocidade (movimento do fluido)
29
componentes da solução e suas concentrações
Figura 9 - Corrosão uniforme em chapa de aço-carbono.
(GENTIL, 2005)
2.5.8.1.1. pH
A concentração dos íons H+, em certas faixas, pode ser o principal fator promotor de
corrosão em soluções aquosas. O íon H+ afeta o metal através do equilíbrio existente entre o
próprio íon, água, hidróxido ou o óxido formado aderido à superfície metálica. As reações de
oxirredução em soluções aquosas podem seguir a sequência abaixo:
Metal -→ MetOH -→ Met(OH)n -→ MO
A sequência reacional descrita acima tende a passivação do metal, e também
aumento da espessura. As hidroxilas presentes nas transformações químicas acima são
derivadas de constituintes dissociadas na solução (hidrólise). Frequentemente tais interações
eletroquímicas resultam em corrosão das paredes das tubulações de distribuição de água, e a
cinética do processo comporta-se de acordo com a equação abaixo:
r = k(CH+)n
Onde r é a taxa de corrosão, K é a constante de corrosão, CH+ é a concentração do íon
H+ e n é o expoente relacionado com pH da reação.
Nos sistemas de distribuição de água para consumo humano o pH do meio é próximo
da neutralidade, nestas condições este parâmetro não desempenha um papel dominante no
processo de corrosão. Em condições fortemente ácidas os óxidos e hidróxidos formados
30
tendem a serem dissolvidos e removidos da superfície do metal, expondo-o a ação corrosiva.
Valores de pH próximo a neutralidade, a camada passivadora é preservada garantindo
proteção ao metal, na ausência de íons oxidantes agressivos.
Neste meio aquoso neutro ou mesmo próximo da neutralidade a corrosão independe
do pH. A reação de oxirredução mais relevante ao processo é a redução do oxigênio
favorecendo a formação da magnetita (Fe3O4) com capacidade de passivar o ferro.
2.5.8.1.2. Poder Oxidante (potencial eletroquímico)
O poder oxidante em soluções aquosas traduz a capacidade de remoção ou adição de
elétrons ao metal, tanto para oxidá-lo ou reduzi-lo. O potencial não é sempre puramente
originado de soluções químicas, o qual pode também ser aplicado por uma fonte externa ao
processo, por meio de aclopamento galvânico de metais distintos. Estes conceitos possuem
aplicação prática na proteção da superfície do metal pela variação do potencial eletroquímico
do mesmo. Os procedimentos de proteção serão discutidos mais detalhes posteriormente.
2.5.8.2. Corrosão Localizada
Na corrosão uniforme é assumido que anodo e catodo movimentam-se pela
superfície do metal o degradando de maneira uniforme. Na corrosão localizada uma pequena
superfície do metal torna-se permanente o anodo, enquanto que as superfícies ao redor
desempenham o papel de catodo, degradando uma área específica da superfície chamada de
pite. Segundo GENTIL, pite é a corrosão que se processa em pontos ou em pequenas áreas
localizadas na superfície metálica produzindo pites, que são cavidades que apresentam o
fundo em forma angulosa e profundidade geralmente maior do que o seu diâmetro.
Os principais fatores que induzem a formação de pite são:
(1) O potencial de oxidação da solução;
(2) A presença de íons agressivos e
(3) Condições superficiais do metal.
31
Figura 10 - Formação autocatalítica de pite em tubulação de ferro.
(CRITTENDEN, 2005)
2.6. Deterioração da Qualidade da Água pela Corrosão
A corrosão nas paredes internas dos sistemas de distribuição de água causa diversos
danos à qualidade da água. A água tratada depois da saída da ETA deverá atender aos
diversos parâmetros exigidos pela Portaria até os consumidores finais, mas sua qualidade é
comprometida quando as tubulações apresentam corrosão.
A coloração da água pode ser afetada pela corrosão. Tubulação de ferro que sofreram
processo corrosivo libera para a água tratada íons do próprio metal, os quais modificam na
coloração da mesma conferindo aspecto desagradável, tornando-a imprópria para consumo
humano (fig. 11). O sabor e odor também são comprometidos, mesmo em baixas
concentrações de ferro interferem nas características organolépticas.
32
Figura 11 - Água com aspecto de ferrugem, amostra de sistema de distribuição norte americano.
(CRAMER,2005)
A concentração de cloro livre também é outro parâmetro afetado. O declínio na
concentração deste desinfectante nas tubulações é explicado pela presença de colônias de
bactérias aderidas aos tubérculos provenientes da corrosão. A garantia mínima de 0,2 g/ml de
cloro residual livre é exigida por norma para a água ser considerada adequada ao consumo
humano.
2.7. Materiais Utilizados em Sistemas de Distribuição de Água
Os sistemas de distribuição de água de modo geral utilizam como materiais o ferro
fundido, ferro dúctil, chumbo, cimento e PVC, o chumbo não é mais aplicado em novas
instalações devido a estudos que comprovaram a possibilidade de danos a saúde humana.
33
Figura 12 - Custo projetado para 20 anos nos EUA nos processos de tratamento de água.
(USEPA, 2009)
A vida útil dos tubos varia consideravelmente de acordo com as condições do solo,
materiais utilizados e o caráter da água que flui no duto. A US ENVIROMENTAL
PROTECTION AGENCY (USEPA) estima em 2007 o valor de $ 334,8 bilhões de dólares os
gastos com os sistemas de água para consumo humano para os próximos 20 anos, os quais $
200,8 bilhões apenas com os sistemas de distribuição de água. A escolha do material
empregado na distribuição da água tratada deve ser criteriosa.
2.7.1. Tubulação de cimento-amianto, cimento argamassa forros e tubos de
concreto
Tubulações de cimento geralmente são resistentes a corrosão, mas seu emprego
tornou-se limitado devido ao potencial de lançamentos de fibras de amianto na água tratada.
Outro fator negativo do uso deste material é possibilidade do cálcio contido no cimento
complexar elevando o pH do meio, reduzindo a efetividade dos desinfectantes, e ainda causar
a precipitação indesejada de minerais, resultando em água turva com sabor desagradável.
A deposição de carbonato de cálcio em materiais a base de cimento inibe lixiviação e
preenche os espaços vazios em sua superfície. Revestimentos de utilizados em tubulações de
ferro utilizam o carbonato de cálcio para evitar a contaminação da água pelo amianto.
34
2.7.2. Cobre
Instalações de tubos utilizam o cobre devido ao seu baixo custo, fácil instalação, e
resistência a corrosão. Eventualmente ocorre corrosão neste material, acarretando em
vazamentos, água com coloração azul ou verde. A resistência deste metal a corrosão uniforme
é maior se comparada a outros metais, apenas é passivo a degradação quando valores de pH é
reduzido. Velocidade elevada do fluido pode causar erosão ou impigimento, caso frequente
em recirculação de água superaquecida. A opção mais viável economicamente no controle da
corrosão é o ajuste do pH. Ânions (cloro, sulfato e outros) podem favorecer o processo
corrosivo.
2.7.3. Chumbo
Tubulações de chumbo foram utilizadas pela primeira vez pelos romanos. O chumbo
apresenta ductibilidade necessária para adução de águas, e pode ser facilmente dobrável. No
século XIX o ferro tornou-se competitivo em relação ao chumbo, e a aplicação deste material
demonstrou reduzida. Com o passar dos anos pesquisas revelaram a contaminação por
lançamentos de chumbo em suas tubulações na água, causando diversos males a saúde,
mesmo com o conhecimento dos danos que o chumbo possa causar, antigas instalações ainda
utilizam-se deste material Os processos corrosivos do chumbo ainda não se conhece
profundamente, mas é sabido que sua cinética se passa lentamente, mesmo uma pequena
concentração de íons de chumbo pode ser tóxico.
2.7.4. Ferro Fundido e Dúctil
Tubulações de ferro possuem um histórico de bons serviços prestados. Há registros
do emprego de tubulações de ferro fundido no castelo do Rei Luis XIV o qual permaneceu em
funcionamento por mais de 300 anos. Dutos de ferro apresentam boa razão custo benefício e
são materiais de boa resistência mecânica. Atualmente ao ser empregado dutos de ferro
recebem, ou deveriam, revestimento interno de concreto para inibir a corrosão. Na ocorrência
de corrosão em sistemas de distribuição de água acarretam em diversos problemas, a água
pode apresentar-se com aparência ferruginosa e facilitar a formação de incrustações nas
paredes internas, reduzindo o diâmetro e também as vazões de água tratada.
35
Figura 13 - Efeito do pH na corrosão nas paredes de tubulações de ferro fundido.
(pag. 1764 CRITTENDEN, 2005)
O íon cloro presente em água tratada é o principal agente de corrosão em novos dutos
de ferro, mas seu efeito negativo é atenuando pela aderência de produtos de corrosão, tal
fenômeno é conhecido como passivação. Passivação do metal consiste em uma camada
protetora da superfície do metal originada pela formação do íon ferroso.
Figura 14 - Constituintes do produto de corrosão, tubérculos, sobre aço em presença de água.
(Gentil, 2004)
Inibidores a base de fosfato estão disponíveis como ácido fosfórico, ortofosfato de
zinco ou potássio, polifosfatos de zinco ou sódio e blendas. Polifosfatos são conhecidos
agentes de limpeza os quais removem produtos da corrosão. Também são considerados
36
agentes sequestrantes. Os inibidores não reduzem a corrosão do ferro, mas mantém a camada
de passivação mais estável. (AWWA, 2011) Inibidores de corrosão a base de sílica reduz a
taxa de oxidação do íon ferro e reduz a hidrólise do ferro. Inibidores de sílica também
possuem emprego no combate a corrosão.
2.7.5. PVC
Tubulações em policloreto de vinila (PVC) têm substituído com sucesso tubulações
de ferro fundido. O PVC é uma boa escolha em meio muito agressivos. O emprego deste
material apresenta diversas vantagens em relação ao metal, o plástico é resistente a corrosão,
mas é menos resistente a formação de biofilmes. A ocorrência de permeação no PVC é mais
comum do que me metais, e também existe uma questão recente sobre os riscos a saúde
humana devido aos plastificantes contidos nos dutos de plástico.
A norma NBR 5647-2004 estabelece critérios para utilização de tubos PVC em
sistemas de distribuição de água. O composto de PVC empregado na fabricação dos tubos
e/ou conexões deve preservar o padrão de potabilidade da água no interior da tubulação, sem
transmitir sabor e odor, e não deve provocar turvamento ou coloração à água. (NBR 5647-
2004)
Figura 15 - Tubulação em PVC utilizada em adução de água.
O crescimento do mercado de PVC é explicado por diversos fatores, mas a razão
principal é a sua durabilidade superior. Uma pesquisa da National Research Council da
Canadá revelou que, a cada 100 km de distribuição de água, o PVC obteve apenas 0,7
rupturas por ano, enquanto que tubulações de ferro fundido apresentaram 35,9 rupturas ano e
9,5 pausas para ferro dúctil. Os custos associados à manutenção destes tubos são relevantes
haja vista o custo projetado em distribuição referido no item 2.7.
37
Tubos de PVC quando projetados adequadamente suportam até 75.000 kg/m2 (
correspondente a cobertura de solo de 40 metros) e estão disponíveis no mercado dutos que
suportam pressão interna até 2100 kPa. Tubulações em PVC também se adéquam a
movimentos do solo sem se romper, suportando quando devidamente projetados a terremotos.
2.8. Revestimentos Protetores
Os revestimentos comumente utilizados em tubos que veiculam água potável são:
1. Revestimento a base de alcatrão de hulha (para tubos de aço carbono de
maiores diâmetros);
2. Revestimento epóxi (para tubos metálicos de menores diâmetros);
3. Argamassa de cimento e areia ( para tubos de ferro fundido);
4. Zinco (por galvanoplastia, em tubos de aço carbono de menores diâmetros –
tubos de aço galvanizado).
Além da seleção adequada do material para reduzir a corrosão, o emprego de
revestimentos é uma técnica que evita o contato da água com a superfície do metal evitando
assim a corrosão. Em novos tubos os revestimentos são empregados durante seu processo de
fabricação ou mesmo na local onde é instalado. Certos tipos de revestimentos permitem
aplicação mesmo após as adutoras estar em serviço.
Libânio (2008) sugere que o contínuo e adequado monitoramento do desempenho
dos revestimentos é também medida de grande importância, pois pode interferir na qualidade
da água se originar condições de suporte para a proliferação de microorganismos ou se liberar
substâncias tóxicas (a exemplo de diversos solventes) ou causadores de sabor e odor.
38
3. METODOLOGIA
A Escola de Especialistas de Aeronáutica (EEAR) é Organização do Comando da
Aeronáutica, diretamente subordinada ao Diretor-Geral do Departamento de Ensino da
Aeronáutica (DEPENS), que tem por finalidade a formação e o aperfeiçoamento de
Graduados da Aeronáutica. A EEAR ocupa, atualmente, um espaço de aproximadamente 10
milhões de metros quadrados, com uma área construída superior a 119 mil metros quadrados,
contendo 93 prédios administrativos e 416 residências, distribuídos em três vilas militares:
Vila dos Oficiais, Vila dos Suboficiais e Sargentos e Vila de Cabos e Taifeiros.
A estação de tratamento de água desta escola foi fundada na década de 60, com a
missão de fornecer água tratada aos alunos dos cursos de formação de sargentos, bem como o
efetivo regular e moradores das vilas residenciais. A população atendida é de
aproximadamente 5000 pessoas com consumo médio de água tratada próximo a 1700 m3/dia.
A qualidade da água tratada desta estação também é explicada pela fonte de captação
da mesma, o ribeirão Guaratinguetá, no qual exige pouco tratamento para convertê-la de água
bruta em potável. Embora tenhamos um ambiente favorável no trato com água, as instalações
hidráulicas de distribuição, datam da década de 60, apresentam-se muito antigas e com
incrustações, dessa maneira prejudicando a potabilidade da água em alguns aspectos
relacionados a seguir.
Os problemas apurados nos sistemas de distribuição de água na EEAR:
1) Redução da concentração do Cloro residual na linha de água potável,
considerado agente desinfectante, em desacordo com a Portaria 518/2004;
2) Turbidez também é outro parâmetro afetado, conferindo aspecto desagradável
quando suas estimativas extrapolam aos limites tolerados;
3) Presença de teores de ferro superior ao definido por norma indicando presença
de corrosão;
4) Perda de carga acentuada em alguns trechos da linha de distribuição. As perdas
são ocasionadas pelos excessos de incrustações e corrosão ao longo dos tubos,
reduzindo o diâmetro interno.
Sistema em questão: tubulação de água potável.
Material da Tubulação: ferro fundido.
39
Condições operacionais: Circulação de água potável com faixa de pH 7,0 à 7,4; Cloro livre
0,9 à 1,2 ppm e turbidez 2,0 uT. Condições relatadas da saída da ETA.
Modelo de Pesquisa:
1) Análise química da água tratada dos parâmetros exigidos pela Portaria 518/2004
em diversos pontos de coleta distribuídos pelo âmbito da EEAR, incluindo a
ETA;
2) Mapeamento dos pontos de coleta que indicam parâmetros de potabilidade em
discrepância com a legislação do Ministério da Saúde;
3) Investigação dos agentes causadores dos problemas relatados anteriormente nos
quais intervêm potabilidade da água.
4) Discussão dos resultados obtidos com proposições e possíveis soluções.
Os problemas relatados acima são atribuídos às incrustações aderidas a corrosão
química evidenciado pelo estado avançado da degradação das paredes internas das tubulações
conforme fig. 20. Baseados nas respostas encontradas serão feitas proposições para adequar a
água tratada a Portaria 518/2004.
40
Figura 16 - Planta das instalações da EEAR.
3.1. Características Operacionais da ETA
A seguir estão tabeladas as condições de operação da estação de tratamento de água
da EEAR:
Tabela 9. - Características operacionais da ETA.
População Abastecida: 5.000 % População Abastecida: 100%
Categorias Ligações Existentes Economias
Existentes Com Hidrômetro
Residencial 392 ... 392
Comercial 09 ... ...
Industrial 0 ... ...
Pública 72 ... ...
TOTAL 473 ... ...
41
Manancial Nome Classe Vazão Média Mensal(m
3)
Água de Superfície RIBEIRÃO GUARATINGUETÁ
1 43,98 m
3/s
Tipo de Manancial
Tratamento Superficial Subterrâneo Produtos Utilizados*
Sem tratamento sim não sim não
Gradeamento sim não sim não
Caixa de Areia sim não sim não
Aeração sim não sim não
Pré-cloração sim não sim não
Coagulação/Floculação sim não sim não Sulfato de Alumínio Isento de ferro
Decantação sim não sim não
Flotação sim não sim não
Filtração sim não sim não
Desinfecção
Cloro
Ozônio
Ultravioleta
Outros
Cloro
Ozônio
Ultravioleta
Outros
Gás Cloro Liquefeito Hipoclorito de Sódio
Correção de pH sim não sim não Cal Hidratada
Fluoretação sim (Adicionado)
Natural
não
sim (Adicionado)
Natural
não
Fluorsilicato de Sódio
Outros Tipos de Tratamentos Especificar:
sim não sim não
Rede de Distribuição
Existe cadastro da rede Sim. Abrangência: __100__%
Não
Índice de perdas Sim. ____15_____%
Não
Extensão Total da rede: 8.951 m
Rede constituída de material : Ferro Fundido PVC
Consumo diário médio: 1.698 m3
Média anual do consumo per capita (L/hab/dia): 420 l/hab/dia;
Recalque máximo em 24 horas = 3.000 m3;
Recalque médio, correspondente ao consumo diário = 2.500 m3;
Armazenamento subterrâneo = 1.200 m3 (alimenta: CA, rancho, DE e BINFA);
Armazenamento elevado = 250 m3 (alimenta: vilas residenciais, antigo hospital,
hospital, escola Rogério Lacaz e proporciona o funcionamento da ETA);
Reservatórios repletos = alimentam por 12 (doze) horas;
42
Volume médio estocado (representa 60% da capacidade total) = 8 horas;
Vazão de água bruta captada no manancial = 26 L/s;
Tempo médio diário de funcionamento = 21 horas;
Vazão máxima de tratamento de água = 24 L/s.
3.2. Tratamento d`água na EEAR
O tratamento d`água na EEAR inicia-se pela captação da água bruta no ribeirão
Guaratinguetá , passa pelos processos de potabilização da água até a sua distribuição. A
inauguração da ETA- EEAR data do inicio da década de 60. A captação da água bruta é
realizado por conjunto de moto bombas, sendo 3 de 30 CV e 2 de 20 CV. A distância entre a
captação d`água até a estação de tratamento é de aproximadamente 2 km.
A ETA emprega o accelator como meio para clarificação da água. O princípio deste
equipamento é baseado na circulação interna do lodo para acelerar reações químicas devido à
adição do agente coagulante (sulfato de alumínio) e aumento da densidade das partículas.
Agitação, reações, recirculação do fluxo, e remoção do lodo são as bases deste processo o
qual requer a metade do volume necessário em sistemas convencionais.
Figura 17 - Diagrama Accelator.
No ponto 1 no diagrama do accelator representa o rotor responsável pelo controle de
velocidade da mistura da água bruta e o agente de coagulação. A combinação do refluxo do
lodo e a mistura desenvolvida pelo rotor previne a sedimentação sólidos na base do accelator.
43
A precipitação ocorre na presença de precipitados anteriormente formados, acarretando em
crescimento de partículas mais densas.
O ponto 2 indica a recirculação interna o qual o lodo passa por processos de agitação
e interações com agente coagulante para remoção de agentes dispersos ainda água bruta. O
lodo formado é retirado ao longo do capô inclinado, e a água tratada é retirada pela superfície
onde é coletada. A separação dinâmica (ponto 3) é independente do fluxo de água bruta. Esta
característica permite variações nos fluxos de entrada de água in natura sem que haja perda de
qualidade na água tratada.
Concentrações internas de lodo (ponto 4) provêem melhores condições operacionais,
o lodo proveniente da recirculação é mantido unido em valores ótimos de acordo com cada
processo. Com o aumento do volume de lodo recirculado o excesso é retirado do processo
periodicamente, onde a freqüência o qual o excesso do lodo é retirado depende do fluxo e das
condições da água bruta.
A água após processos clarificação no accelator é enviada ao filtro granular para
remoção de partículas remanescente, a filtração utiliza-se de fluxo descendente pela ação da
gravidade. Após a filtração é adicionada na água gás cloro, um agente desinfectante, em
concentrações adequadas com a Portaria 518/2004. Ocorre também adição de cal virgem para
a correção de pH e o flúor inibidor de cáries. A água agora está pronta para ser distribuída
pela população atendida pela ETA.
Figura 18 - Fotos da Estação de Tratamento de Água (ETA).
44
3.3. Qualidade da Água EEAR
A qualidade da água na EEAR depende da captação d`água, que é realizada no
ribeirão Guaratinguetá; das operações de clarificação de desinfecção descritas no item 3.2 e
finalmente do sistema de distribuição de água até aos consumidores finais.
3.3.1. Qualidade da Água do Ribeirão Guaratinguetá
O ribeirão Guaratinguetá é manancial de classe 1 de acordo coma resolução do
CONAMA no 357, de 17 março de 2005. A resolução define água doce de classe 1 que
podem ser destinadas:
a) ao abastecimento para consumo humano, após tratamento simplificado;
b) à proteção das comunidades aquáticas;
c) à recreação de contato primário, tais como natação, esqui aquático e mergulho,
d) à irrigação de hortaliças que são consumidas cruas e de frutas que se
desenvolvam rentes ao solo e que sejam ingeridas cruas sem remoção de película; e
e) à proteção das comunidades aquáticas em Terras Indígenas.
A classificação do ribeirão indica sua qualidade como fonte de água bruta. O
manancial de superfície é considerado de qualidade e ainda exige tratamento simplificado. O
artigo 14 desta resolução do CONAMA exige das águas de classe 1:
a) não verificação de efeito tóxico crônico a organismos, de acordo com os critérios
estabelecidos pelo órgão ambiental competente, ou, na sua ausência, por instituições nacionais
ou internacionais renomadas, comprovado pela realização de ensaio ecotoxicológico
padronizado ou outro método cientificamente reconhecido.
b) materiais flutuantes, inclusive espumas não naturais: virtualmente ausentes;
c) óleos e graxas: virtualmente ausentes;
d) substâncias que comuniquem gosto ou odor: virtualmente ausentes;
e) corantes provenientes de fontes antrópicas: virtualmente ausentes;
f) resíduos sólidos objetáveis: virtualmente ausentes;
g) coliformes termotolerantes: para o uso de recreação de contato primário deverão
ser obedecidos os padrões de qualidade de balneabilidade, previstos na Resolução CONAMA
no 274, de 2000. Para os demais usos, não deverá ser excedido um limite de 200 coliformes
termotolerantes por 100 mililitros em 80% ou mais, de pelo menos 6 amostras, coletadas
durante o período de um ano, com freqüência bimestral. A E. Coli poderá ser determinada em
substituição ao parâmetro coliformes termotolerantes de acordo com limites estabelecidos
pelo órgão ambiental competente;
45
h) DBO 5 dias a 20°C até 3 mg/L O2;
i) OD, em qualquer amostra, não inferior a 6 mg/L O2;
j) turbidez até 40 unidades nefelométrica de turbidez (UNT);
l) cor verdadeira: nível de cor natural do corpo de água em mg Pt/L; e
m) pH: 6,0 a 9,0.
3.3.2. Qualidade da Água ETA-EEAR
A qualidade da água é comprovada por meio de análises químicas pertinentes
na Portaria 518/2004. São 72 parâmetros os quais a ETA – EEAR deve estar em acordo com
as exigências previstas em norma. As análises químicas são realizadas semanalmente na
própria ETA e contemplam 16 parâmetros, outros fatores os quais não necessitam de
realização semanal ou são de natureza complexa são realizados por laboratórios externos.
INTERESSADO: ESCOLA DE ESPECIALISTAS DE AERONÁUTICA
PARÁMETRO UNIDADE AMOSTRA AMOSTRA AMOSTRA AMOSTRA AMOSTRA AMOSTRA
Nº. da amostra ...... Nº. 01 Nº. 02 Nº. 03 Nº. 04 Nº. 05 Nº. 06 V.M.P.
Ponto de coleta ........ ETA ETA Al Ceará Al Amazonas HTSS torn. À .....
Res. Princ. Castelão Sgt Ortiz Sgt Edilene direita do prédio .....
L.E. torneira F-8 F-35 lado E ..... PORTARIA
Data da coleta dia/mês/ano
Hora da coleta 9:50 9:55 10:10 10:15 10:30 .....
Chuvas (últimas 24h) ( ) sim ( x ) não 518
Temperatura do ar º. C 29,0 29,0 29,0 29,0 29,0 .....
Temp. da amostra º. C 23,0 22,0 22,0 23,0 22,0 .....
Turbidez UT (NTU) 1,08 1,35 1,40 13,20 0,43 ..... 5 UT
Cloro residual livre mg/l 1,0 1,0 1,0 1,0 ND ..... mín 0,2 - máx 2,0 mg/l
pH un. pH 6,70 6,94 7,07 7,25 7,27 ..... 6,0 a 9,5
Cor aparente uH (Hazen) 1,0 2,0 1,0 45,0 1,0 ..... 15 uH
Aspecto LÍMPIDO LÍMPIDO LÍMPIDO TÚRBIDO TÚRBIDO .....
Odor ... NO NO NO NO NO ..... não objetável
Gosto ... NO NO NO NO NO ..... não objetável
Fluoretos mg/l 1,20 1,30 1,20 0,95 0,78 ..... 0,6 a 0,8(máx. 1,5)
Alcalinidade Total mg/l CaCO3 19,0 17,0 22,0 24,0 20,0 ..... ...
Oxigênio consumido mg/l 0,40 0,60 0,4 0,5 0,7 ..... ...
Gás carbônico mg/l 7,70 3,96 3,80 2,74 2,18 ..... ...
Zinco mg/l ..... ..... ..... ..... ..... ..... 5,0 mg/l
Ferro mg/l ND ND 0,05 0,30 ND ..... 0,3 mg/l
Alumínio mg/l 0,09 0,10 ..... ..... ..... ..... 0,2 mg/l
Manganês mg/l ND ND ND ND ND ..... 0,1 mg/l
Cobre mg/l ND ND ND ND ND ..... 2,0 mg/l
Dureza (CaCO3) mg/l CaCO3 30,0 40,0 40,0 40,0 40,0 ..... ...
Dureza total mg/l CaCO3 30,0 30,0 40,0 40,0 40,0 ..... 500 mg/l
Abreviaturas: ND = não detectado NO = não objetável O = objetável VMP = valor máximo permitido C.R.L = cloro residual livre uH = unidade de Hazen (referência para cor) UT = unidade de turbidez.Obs: escrever em vermelho os resultados em desacordo com a Portaria 518
19/01/2010
Figura 19 - Planilha de análises químicas.
A coleta das amostras é feita de modo aleatório pela EEAR. As análises dos
parâmetros geralmente exigidos por norma na ETA apresentam dentro das exigências para a
água ser considerada própria para consumo humano. A água tratada produzida pela estação de
46
tratamento é considerada de qualidade após observação dos históricos das análises dos
parâmetros exigidos na Portaria 518/2004.
3.3.3. Sistema de Distribuição de Água ETA-EEAR
O tratamento da água depende de diversas etapas constituintes para conversão de
água bruta em água destinada ao consumo humano. A última etapa do processo é a
distribuição da água aos consumidores.
O sistema de distribuição de água da EEAR é constituído quase que em sua
totalidade de ferro fundido, onde a presença de incrustações nas paredes internas das adutoras
compromete a qualidade da água. O acúmulo deste material é verificado no conjunto de
fotografias a seguir:
Figura 20 - Fotos das tubulações do sistema de distribuição da EEAR.
É evidente a presença de corrosão nas tubulações, as fotografias acima revelam o
impacto na coloração da água em diversos pontos da EEAR. A coloração apresenta-se turva
principalmente no retorno da água após período qualquer de corte da mesma, o impacto da
água retira das paredes internas da tubulação partículas de incrustações tornando-a turva.
Além da turbidez recorrente, a corrosão é responsável por alterações químicas na
água tratada. Análises da água clarificada revelam teores ferro dissolvidos superior ao
permitido; o cloro residual livre é outro parâmetro afetado, o combate a agente bacterianos
aderidos aos turbéculos explica sua reduzida concentração e redução na capacidade de
transporte de água tratada que também é explicada pela formação dos tubérculos.
47
Libânio (2008) classifica problemas econômicos basicamente em três tipos
principais. Redução da capacidade de adução dos condutos, devido à formação de tubérculos
em tubulações metálicas ou o aumento de rugosidade de tubulações revestidas com argamassa
e cimento (caso de tubos de ferro fundido). Segundo tipo de problema econômico refere-se a
vazamentos, e em casos extremos, a rompimentos de tubulações. E o terceiro diz respeito a
manchas em louças sanitárias e entupimento de hidrômetros causados por resíduos originados
desses processos corrosivos ou agressivos.
3.3.4. Testes Realizados
A comprovação da deteriação do sistema de distribuição de água destinada a
consumo humano além das fotografias (fig. 20) é comprovada por análises da água, onde tais
testes revelam sua influência na qualidade da água. As análises químicas da água seguem as
orientações contidas na Portaria 518/2004 e são realizadas no laboratório da estação da
própria ETA.
A primeira bateria de testes é baseada nos registros dos anos 2010 e 2011, os quais
são gerados por coletas aleatórias nos domínios da EEAR conforme demonstrado na figura
19. Os registros demonstram a presença de problemas decorrentes da corrosão das paredes das
tubulações.
Tabela 10 - Número de pontos em desacordo com a Portaria 518/2004.
Ponto de Amostragem Cloro Turbidez Ferro Cor Aparente
Al. Alagoas 4
Al. Rio de Janeiro 7 8 3 7
Al. Amazonas 2 1 3
Hotel SO e SGT 3 2
Rancho 1 2 1
ETA 2 2
Ginásio de Esportes 3 1
BINFA 2
Garagem 1
Al. Espírito Santo 2
Prédio do Comando 1
Divisão de Ensino 8 1 1
Al. Piauí 2
Al.Rio Grande do Sul 3 2 2 4
Al. São Paulo 3 3 1 3
Esquadrão Azul 1
Al. Minas Gerais 1 1
Al. Pará 3
48
Os dados contidos na tabela acima permitem a confecção do anexo 1. Na planta
hidráulica estão indicados os pontos em discrepância, permitindo rápida análise dos
problemas na rede hidráulica.
O segundo enfoque foi à coleta da água durante processo de drenagem da rede de
distribuição de água. A drenagem é técnica utilizada para atenuar os efeitos nocivos
decorrente do lançamento de material aderido nas paredes da tubulação na água. A remoção
das incrustações retidas nas paredes internas das tubulações ocorre pela abertura dos
hidrantes, acarretando em vigorosos fluxos de água que retiram a corrosão aderida. Esta
técnica é fundamental para manutenção da qualidade da água, pois reduz a contaminação da
água e é realizada periodicamente. Ao retirar a corrosão, as paredes internas da tubulação são
expostas a novo processo corrosivo, e a cada drenagem na rede os dutos tendem a sofrer
processo de redução na espessura de suas paredes até romper causando vazamentos. Os
registros da coleta da água estão na fotografia abaixo.
Figura 21 - Fotografia das amostras de águas coletadas do sistema de distribuição da EEAR.
O aspecto da água coletada na rede após processo de drenagem revela presença de
partículas que a tornam turva afetando suas propriedades organolépticas. A interferência na
qualidade da água é nítida, onde as duas primeiras amostras são respectivamente do ribeirão
Guaratinguetá e do reservatório principal na estação de tratamento.
As amostras 3, 4,5, 6 e 7 foram coletadas em pontos da rede hidráulica da EEAR. A
diferença de turbidez é flagrante entre as águas, onde a faixa de turbidez é de 293 UT valor
máximo e 9,79 UT valor mínimo. A amostra número 7 apresenta-se fora das exigências
previstas na Portaria, mas esta amostra revelou-se em melhores condições devido a
substituição parcial das tubulações deste trecho analisado.
49
Tabela 11 - Análise comparativa das águas da EEAR.
PARÁMETRO UNIDADE AMOSTRA AMOSTRA AMOSTRA AMOSTRA AMOSTRA AMOSTRA AMOSTRA
Nº. da amostra ...... Nº. 01 Nº. 02 Nº. 03 Nº. 04 Nº. 05 Nº. 06 Nº. 07
Ponto de coleta ........ Ribeirão ETA Alameda Alameda Esquadrões Residência Subdivisão
Guaratinguetá Reservatório Rio de Ceará Comandante Infraestrutura
Principal Janeiro
Data da coleta dia/mês/ano
Hora da coleta 11:00 11:25 09:56 10:20 09:30 10:45 11:20
Chuvas (últimas 24h)
Temperatura do ar º. C 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0
Turbidez UT (NTU) 5,51 0,97 115,00 293,00 76,00 56,70 9,79 5 UT
Cloro residual livre mg/l ND 1,1 0,5 0,2 0,4 0,5 0,9 mín 0,2 - máx 2,0 mg/l
pH un. pH 5,51 7,67 7,38 7,83 7,25 7,52 7,37 6,0 a 9,5
Cor aparente uH (Hazen) 48,0 0,0 100,0 500,0 100,0 92,0 23,0 15 uH
Aspecto TÚRBIDO LÍMPIDO TÚRBIDO TÚRBIDO TÚRBIDO TÚRBIDO LÍMPIDO
Ferro mg/l 1,00 ND 4,00 4,50 4,00 3,50 0,30 0,3 mg/l
Abreviatura: VMP = valor máximo permitido
C.R.L = cloro residual livre uH = unidade de Hazen (referência para cor) UT = unidade de turbidez.
Obs: escrever em vermelho os resultados em desacordo com a Portaria 518
V.M.P.
Portaria
518 27/10/2011
( ) sim ( X ) não
50
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
A qualidade da água conforme descrito pela metodologia é diretamente dependente
do manancial, do tratamento realizado na ETA e por último de seu sistema de distribuição de
água. É notório após consulta ao anexo 1 que o sistema de distribuição de água da EEAR
necessita de readequações para seu correto funcionamento. A distribuição de pontos de
amostragem que se apresentaram nos dois últimos anos em desacordo com a Portaria
518/2004 na EEAR, e ainda apresentam transtornos operacionais como perda de carga e
consequentemente reduzidas vazões de água estão indicados no anexo 1. As análises de
campo aliada as indicações dos problemas encontrados na planta hidráulica da EEAR é uma
ferramenta fundamental, que demonstram a degradação do sistema de distribuição.
Os pontos indicados na planta hidráulica da EEAR (anexo 1) ilustram os efeitos
gerados na água pelo estado de deteriação da rede de distribuição. Os níveis mínimos de cloro
livre, turbidez elevada, concentração de ferro acima do permitido e redução dos diâmetros
internos dos dutos são problemas recorrentes que necessitam de intervenção para manutenção
da qualidade da água após tratamento. A tabela 10 revela a contagem de leituras fora dos
padrões exigidos pela Portaria 518/2004 e seu respectivo ponto de amostragem.
Outro teste realizado na comprovação da raiz do problema foi à coleta da água no dia
27/10/2011 com o intuito de investigar e comparar em condições especiais (drenagem da
rede) a água da EEAR. O teste comparou a água do manancial, da ETA e do sistema de
distribuição de água destinada a consumo humano, e ficou notório a degradação da rede como
causadora dos problemas descritos anteriormente. Na figura 21 apenas a amostra 2 (amostra
da ETA) confere a água características organolépticas desejadas para seu consumo, a amostra
7 nos revela que a substituição das tubulações, mesmo que parcialmente daquele trecho,
impactou positivamente na qualidade da água.
Exemplificando as discrepâncias citadas acima o cloro residual em alguns pontos da
EEAR não foi detectável, a Portaria 518/2004 recomenda concentração de cloro livre mín 0,2
- máx 2,0 mg/l. As perdas de cargas assinaladas na planta da rede hidráulica foram assinaladas
após consultas aos operadores da estação, que conhecem a rede e suas deficiências.
A presença de teores de ferro acima do indicado em diversos pontos de amostragem
da EEAR é um indicativo de corrosão interna das tubulações do sistema de distribuição. A
51
corrosão é comprovada pelas análises químicas do laboratório da própria ETA e também pela
fotografia (fig. 20) retirada de dutos substituídos após severo processo corrosivo, o qual o
diâmetro interno foi reduzido comprometendo o fornecimento de água a um Esquadrão,
utilizado como alojamento localizado na área administrativa. As análises químicas relativas
ao ferro poderiam com mais frequência apontar desvios na análise da água caso o efetivo da
ETA não realizasse a drenagem da rede para a retirada do excesso de material corroído.
Níveis elevados de ferro resultam em cor de ferrugem, depósito de sedimentos, gosto
metálico, e coloração avermelhada ou laranja.
A ingestão de íon de ferro dissolvido na água tratada em excesso conforme descrito
no item 2.6 é um risco a saúde. Existem alternativas para a adequação do sistema hidráulico
na adução: a reabilitação das tubulações de ferro fundido com emprego de revestimentos ou a
substituição das tubulações por material mais resistente ao meio, o PVC.
Revestimento protetor é uma da alternativa indicada pela Sabesp e por Libânio para
tubulações metálicas. Existem três materiais utilizados como revestimento interno para
reabilitação de tubulações de ferro fundido, destinadas a condução de água potável:
1. Argamassa acrílica;
2. Revestimentos de epóxi;
3. Argamassa de cimento e Areia
As Normas Técnicas da Sabesp 30, 31 e 32 afirmam que todos os corpos estranhos
tais como incrustações, carepas, escamas, tubérculos ou quaisquer outros materiais que
possam prejudicar a aderência do revestimento à parede da tubulação devem ser removidos da
superfície a ser revestida. O emprego de raspadores ou pig (fig. 8), com lâminas de aço é
comumente utilizado na remoção de incrustações nas paredes internas das tubulações de ferro
fundido.
O processo de cura da argamassa de cimento, argamassa acrílica e resina epóxi
duram no mínimo 72 horas desta maneira é fundamental o abastecimento provisório para a
continuidade do fornecimento de água. As Normas Técnicas citadas estabelecem que as
ligações provisórias devam ser aplicadas somente quando a interrupção do abastecimento
exceder a 24 horas. Estas ligações não devem exceder o prazo de 15 dias corridos.
O revestimento das paredes internas das tubulações de água para consumo humano é
um modo solucionar os problemas gerados pela degradação do metal, mas o contínuo
monitoramento é fundamental para conhecer o desempenho dos revestimentos empregados
nos tubos, e também monitorar a qualidade da água distribuída por estes dutos revestidos para
detecção de possíveis interferências na qualidade da água.
52
O emprego de revestimentos é limitado a tubulações de grandes diâmetros. Na rede
hidráulica da EEAR esta técnica não poderá ser utilizada em plenitude, pois tem-se dutos de
diâmetros ¾”. A aplicação de tais revestimentos não seria viável economicamente e sua
aplicação reduz o diâmetro da tubulação gerando perdas de cargas.
Alternativa ao problema é aplicação de novos dutos fabricados em PVC. O polímero
apresenta diversas vantagens quando comparado ao ferro fundido e galvanizado. Conforme o
item 2.7.5. PVC não é passivo a corrosão, apresenta maior economia, robustez necessária na
adução de água, mantém a qualidade da água, menor rugosidade e maior flexibilidade
tornando o tubo mais resistente a fraturas.
A substituição da tubulação de ferro fundido e aço galvanizado por tubulações de
PVC é alternativa mais viável se comparada ao emprego de revestimento interno. Preparar a
tubulação para o posterior revestimento para recuperação de tubulação degradada é uma
técnica mais onerosa quando comparada ao simples emprego de tubos de PVC. O polímero
destaca-se por diversas qualidades que o coloca como material mais adequado para
substituição das tubulações corroídas.
53
5. CONCLUSÃO E RECOMENDAÇÕES
Conclusão:
Conclui-se a partir das análises realizadas e o mapeamento nos pontos de
amostragem discrepantes (anexo 1), que a degradação das paredes internas das tubulações
compromete a qualidade da água destinada ao consumo humano no sistema de distribuição de
água da EEAR.
As análises químicas de campo aliadas a análise da água drenada revelam a presença
de corrosão nas paredes internas e sua influência na qualidade da água. O aspecto turvo, o
cloro residual, o teor de ferro acima do permitido afetam a qualidade da água tornando-a
imprópria para consumo humano.
O processo corrosivo é também evidenciado e constatado nas fotografias (fig. 19) das
tubulações substituídas do sistema de distribuição de água devido ao seu avançado processo
de degradação.
As principais causas do processo corrosivo nas paredes internas da tubulação são: o
material empregado na construção das tubulações (ferro fundido e galvanizado) da EEAR, as
condições de meio (água potável com cloro) o qual as paredes internas da tubulação estão
expostas e a idade avançada dos dutos.
A intervenção na rede hidráulica é fundamental para manutenção da qualidade da
água respeitando todos os parâmetros exigidos pela Portaria 518/2004. Os parâmetros
afetados atualmente são a turbidez, o cloro residual, cor aparente e concentração de ferro. A
perda de carga associada à redução dos diâmetros internos é outro fator crítico ao
fornecimento de água. Caso não haja manutenção da rede ou mesmo a substituição dos dutos
o fornecimento de água pode ser comprometido principalmente na área administrativa e vila
dos oficiais.
Os danos a rede hidráulica e na qualidade da água são acentuados na EEAR os quais
justificam manutenção ou mesmo completa substituição dos tubos. As conseqüências já são
perceptíveis aos consumidores, e caso a intervenção na rede seja postergada o suprimento de
água tratada pode ser impossibilitado por rompimento de uma adutora e também pelo
estrangulamento de tubulações de diâmetros menores devido à corrosão e posterior processo
de incrustação de partículas carreadas na água.
54
Recomendações:
A limpeza mecânica das tubulações é recomendada quando o processo corrosivo
encontrado for brando e, o emprego do pig irá remover a camada incrustada na tubulação;
mas é preciso a aplicação de revestimento protetor para inibição de futuros processos
corrosivos. O emprego desta técnica é limitado devido aos diâmetros reduzidos das tubulações
utilizadas em grande parte das instalações hidráulicas da EEAR.
A escolha mais adequada para solução do problema é a substituição dos tubos por
tubulação de PVC removendo as antigas. A presença acentuada de processos corrosivos com
o incremento de incrustações e a idade avançada da tubulação justificam sua substituição por
novas tubulações em PVC para solucionar o problema recorrente nas instalações hidráulicas
da EEAR.
Recomenda-se também a remoção do solo das antigas tubulações de ferro, pois
impedirá um ambiente favorável a proliferação de mosquitos, ratos e outras espécies nocivas a
saúde humana.
Mesmo após reforma da rede hidráulica o acompanhamento da qualidade da água por
meio de análises indicadas na Portaria 518/2004 é fundamental para a garantia da saúde da
população atendida pela ETA, e sucesso das atividades de ensino desta instituição militar.
55
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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estação de tratamento de água para abastecimento público. Rio de Janeiro, 1990.
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Maron Vichi]. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2005.
CRAMER, Stephen D.; Covino, Bernard S., Jr. (2005). ASM Handbook, Volume 13B -
Corrosion: Materials.. ASM International.
CRITTENDEN, John C.; TRUSSELL, R. Rhodes; HAND, David W.; HOWE, Kerry J.;
TCHOBANOGLOUST, George (2005). Water Treatment - Principles and Design (2nd
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GUNNAR F. Nordberg, Bruce A. Fowler, Monica Nordberg and Lars T. Friberg
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Halvor Sommerfelt, Hans Steinsland (2010). Molecular mechanisms of enterotoxigenic
Escherichia coli infection
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Community Water Supplies (5th Edition). McGraw-Hill.
LIBÂNIO, Marcelo; Fundamentos de qualidade e tratamento de água/ Campinas, SP:
Editora Átomo, 2008, 2a Edição.
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MINISTÉRIO DA SAÚDE. Norma de qualidade para consumo humano. Portaria 518.
Março de 2004.
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Industrial. 2002. 95p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) – Centro de
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56
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for 1992 and 1993,” National Research Council Canada, August 1995.
RICHETER, C. A.; AZEVEDO NETTO, J.M. Tratamento de Água. São Paulo: Edgar
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reabilitação de tubulações de ferro fundido, destinadas a condução de água potável.
SABESP, Norma Técnica 031:2011, Revestimento interno com resina epoxídica, para
reabilitação de tubulações de ferro fundido destinados a condução de água potável.
SABESP, Norma Técnica 032:2011, Revestimento interno com argamassa de
cimento e areia para reabilitação de tubulações de ferro fundido, destinadas a condução
de água potável.
SILVA TELLES, Pedro Carlos. Tubulações Industriais: materiais, projeto e desenho.
Rio de Janeiro: LTC, 1987.
(2011). Internal Corrosion Control in Water Distribution Systems - Manual of Water
Supply Practices, M58 (1st Edition). American Water Works Association (AWWA).
57
ANEXO
![[24] Corrosão.ppt [Modo de Compatibilidade] · Corrosão [24] ¾Processos de deterioração dos metais: metalurgia compostos químicos + energia metal corrosão ¾corrosão: processo](https://img.document.onl/doc/110x75/5f0713467e708231d41b2dd1/24-corrosoppt-modo-de-compatibilidade-corroso-24-processos-de-deteriorao.jpg)
