A água desmineralizada evita acúmulo de sais minerais que causam ferrugem e corrosão nos equipamentos industriais e, por esse motivo, precisam ser eliminados porque são prejudiciais nos processos produtivos. Um desmineralizador pode ou não utilizar tecnologias em conjunto, caso da osmose reversa, troca iônica e a moderna Eletrodeionização Contínua (CEDI), dependendo da qualidade da água requerida. Mas quando essas tecnologias são usadas em conjunto para apurá-la mais, a qualidade da água fica superior. “O uso das tecnologias em conjunto resulta em uma água produzida com alto grau de pureza, atendendo aos processos onde se utiliza a água para troca de calor e geração de vapor, além de ser elemento constante nas misturas e reações em indústrias de transformação química, de cosméticos e, principalmente, a farmacêutica” – ressalta Francisco Santana, gerente técnico da Vicel.
Utilizada no polimento final da água de osmose reversa, de acordo com a Gehaka, empresa que, entre suas linhas, atua com tratamento de água e combinação de tecnologias em sistemas industriais, a avançada Eletrodeionização Contínua (CEDI)2 é um processo contínuo que regenera sem usar produtos químicos. O local de trabalho fica mais seguro porque não é preciso armazenar ou manipular ácidos e cáusticos perigosos, com menores custos de mão de obra. As resinas de troca iônica são regeneradas pelo campo elétrico de corrente contínua. Não há acúmulo de íons como nos equipamentos convencionais, além de seus custos de operação serem mais baixos do que os processos de íons tradicionais. A qualidade da água se mantém num nível constante de alta pureza.

Indústrias e aplicações 
“Os sistemas de desmineralização são utilizados em conjunto com a osmose reversa principalmente nas indústrias químicas, farmacêuticas e de cosméticos em aplicações onde a condutividade máxima da água tratada não possa ultrapassar 10µS” – afirma Santana. A condutividade1, cuja unidade é o siemens (S) e expressa como microsiemens por centímetro (μS/cm), é um parâmetro usado em várias atividades industriais para medir a concentração total de sais dissolvidos na água. Na produção de vapor, por exemplo, é necessária a água de baixa condutividade que evita a formação de incrustações salinas em tubulações e caldeiras e água para uso farmacêutico. 
“A desmineralização de água que utiliza membranas de osmose reversa combinadas com troca iônica é uma opção de tratamento eficiente frequentemente adotada pelos mais diversos ramos das indústrias. Essa combinação tem grande potencial para reduzir custos operacionais ou fazer melhorias na consistência e estabilidade dos resultados na qualidade da água tratada e só não é mais usada devido à simplificação da operação no início visualizada com uso de uma ou outra tecnologia exclusivamente” – salienta Paulo Lara, supervisor de vendas SDI S&C da Veolia.

Tanto a osmose reversa quanto a troca iônica removem sais dissolvidos na água. Entretanto, cada uma delas guarda características específicas que devem ser levadas em conta no momento de optar por uma, outra ou ambas em conjunto. “A osmose reversa se mostra a opção ideal para uso em fontes de água mais contaminadas ou com altas concentrações de sais, assim como qualidade da água final tratada não tão rigorosa. Já os sistemas de troca iônica são mais viáveis quando alimentados com fontes de baixas e médias concentrações de sal, entregando uma operação de custo inicial e operacional mais baixa à osmose reversa” – explica Paulo Lara.  
O uso combinado de osmose reversa e troca iônica remove os sais mesmo partindo de concentrações altas. “Utiliza-se a osmose reversa na primeira etapa, passando depois para a troca iônica para polimento desta água já tratada, elevando sua qualidade final com a remoção dos sais remanescentes. Em outras palavras, é usar cada tecnologia em sua faixa econômica de trabalho, o que eleva os níveis de qualidade do tratamento e reduz os custos de investimento e operacionais do sistema” – ressalta Paulo Lara. 
O ideal, segundo ele, é que um sistema de desmineralização de água bem projetado deve adotar mais de uma etapa de tratamento em seu desenho para não sobrecarregar as etapas de remoção dos íons salinos com funções secundárias, como remoção de sólidos ou matéria orgânica, por exemplo. “Nesta hora, aplicar tecnologias distintas de remoção dos sais presentes na água, somadas, acaba gerando resultados mais estáveis e eficientes aproveitando os pontos fortes de cada uma” – indica. Lara diz que diversos setores industriais se utilizam das vantagens desta combinação. Quando necessitam de água com padrões realmente baixos de sólidos dissolvidos em seus processos, alcançando a ordem de 12 a 15 MΩ*cm (Megaohm) de resistividade elétrica. 
Atualmente, esta configuração, segundo Lara, é bem utilizada em sistemas de purificação de água para fins analíticos em laboratórios, na produção cosmética de pequena e média escala e na indústria gráfica para a fabricação de tintas de impressão. Ele diz que, para se modernizar e atender aos rigorosos padrões das farmacopeias, a indústria farmacêutica migrou dos antigos leitos mistos para os avançados módulos de Eletrodeionização Contínua (CEDI) para polimento da água na produção de medicamentos injetáveis. Além desses segmentos, o setor de utilidades para a produção de vapor de alta pressão adotou para atender aos rígidos limites de qualidade de água indicados pela ASME – American Society of Mechanical Engineering –, entre outras indústrias e processos que requeiram padrão de água de remoção salina bem desafiador e demanda por água em volumes e vazões de pequena a média escala. 

Incrustação e corrosão
Em trocadores de calor, tubos de caldeiras e reatores, a qualidade da água que circula é imprescindível para que não ocorram problemas, principalmente de corrosão. Por isso, o uso da desmineralização e osmose reversa. “Na osmose reversa, apenas entre 0,1% e 0,2% dos sais dissolvidos na água passam para o permeado, água produzida pela osmose. Ao não permitir que sais dissolvidos, partículas sólidas ou outras impurezas permeiem pelas membranas, os trocadores de calor, tubos de caldeiras e reatores não sofrem com a má qualidade da água de processo” – explica Santana.
A corrosão por pites, chamada de corrosão por picadas, por orifícios ou puntiforme, é o problema mais comum que acomete os tubos de caldeiras. “O que traz problemas operacionais e até de segurança de processo. A reincidência desse problema causa ao longo do tempo a perda de eficiência das caldeiras e tubos furados e, posteriormente, plugueados” – relata Francisco Santana.

Os processos combinados de osmose reversa e troca iônica removem os sais dissolvidos na água que podem induzir produtos, processos e equipamentos a diversos problemas. “Alguns destes sais naturalmente presentes na água, seja ela de fontes naturais ou até mesmo de dentro de um sistema de reúso com fonte de contaminação específica, podem causar danos severos em máquinas e equipamentos que dela dependem para operar” - afirma o supervisor de vendas da Veolia. 
Um gerador de vapor, por exemplo, e a cristalização de certos sais específicos podem formar depósitos sobre a tubulação de troca térmica, conhecidos como incrustações. “Portanto, estes sais devem ser previamente removidos e, uma vez dentro da caldeira, controlados em concentrações de limites específicos para cada um deles” – adverte Lara.
Este fenômeno se dá devido às características dos sais de precipitarem em alta pressão ou concentrações elevadas e gerarem as indesejáveis incrustações. “Estas incrustações podem levar o gerador de vapor a aumentar o consumo de energia, entupir ou até mesmo explodir, caso seus tubos sobreaqueçam no local das incrustações. Visto que elas funcionam como verdadeiros isolantes térmicos que induzem os tubos de troca térmica das caldeiras a romperem” – explica Lara. Segundo ele, diversas reações de precipitação de sais em sua forma cristalina podem ocorrer, principalmente com carbonatos e silicatos de cálcio ou magnésio, óxido de ferro, hidróxidos de magnésio ou zinco, entre outros.
A remoção e o controle dos sais são necessários devido aos processos corrosivos que podem se desenvolver nos equipamentos e superfícies metálicas. “Uma solução salina tem sua condutividade elétrica aumentada proporcionalmente quanto aumenta a concentração de sal nela diluído. Quanto maior esta condutância da eletricidade, explicada pela troca de elétrons entre os íons, mais rápido se dará o processo de corrosão em um metal. Por isso, mais uma vez a necessidade de remoção e controle dos sais” - esclarece.
Os fenômenos de corrosão são muito distintos. “Alguns se dão pela condução dos elétrons através da superfície do metal, formando o efeito ‘pilha’ e iniciando uma célula corrosão; em outra forma, as próprias incrustações poderão induzir a superfície à corrosão, o que conhecemos como corrosão sob depósito, onde a célula de corrosão se desenvolve abaixo da incrustação” – diz Lara.
Estes são apenas alguns exemplos dos malefícios causados pelos sais em um processo com troca térmica, como caldeiras e sistemas de resfriamento abertos em utilidades. “Na área analítica, os sais e as flutuações na concentração que se apresentam representam uma nociva interferência que altera resultados de análises químicas através da reação indesejada entre eles e um reagente específico ou até mesmo a amostra estudada. A água é utilizada para a diluição das amostras e preparação de reagentes. Nestes casos, nada além da água deve estar presente para termos a certeza da ausência de interferência na água reagente nas análises que estão sendo conduzidas” – ressalta.
Na indústria cosmética, ainda segundo Lara, a ausência de sais garante que flutuações na qualidade de água ao longo do ano devido às sazonalidades causadas por períodos de chuva ou estiagem, por exemplo, não impacte a qualidade dos produtos que utilizam água em sua composição. Os sais presentes na água reagem diretamente com as propriedades-chave das matérias-primas, podendo causar inconsistências de qualidade no produto final. No meio gráfico, os sais interferem de forma negativa nos cabeçotes de impressão, causando perda de precisão, nitidez, padronização das cores e até mesmo entupimentos.

Sistemas menores
A grande vantagem dos citados sistemas de Eletrodeionização é a regeneração constante das resinas, que não são substituídas como em sistemas de leitos convencionais. Destacam-se por usar resinas de troca iônica e membranas de seleção iônica acionadas por impressão de corrente contínua. Santana, da Vicel, explica que a água passa nas câmaras de resina de troca iônica que ficam instaladas entre as membranas seletivas de cátions e ânions. Os íons da água serão, então, substituídos por H+ e OH-. Os íons que ligados à resina mudam-se para uma outra câmara, na qual, sob a força dos campos elétricos, produzem os íons H+ e OH-, mantendo as resinas regeneradas. Os íons remanescentes dessa câmara são eliminados como rejeito concentrado do processo. 
A Eletrodeionização Contínua (CEDI) utiliza membranas semipermeáveis semelhantes às das osmoses reversas e vem ganhando espaço nos setores de energia e farmacêutico. “A CEDI forma camadas intercaladas de resinas de troca iônica que oferecem hoje o que há de melhor em polimento de água desmineralizada em processos contínuos. Nestes sistemas, as resinas de troca iônica, mais do que adsorvedores de cátions ou ânions, funcionam como condutores de íons presentes na água induzidos por uma corrente elétrica que os conduz até as membranas semipermeáveis, melhorando o desempenho delas em água com baixos níveis de sais para fins de polimento” – explica Lara, da Veolia. 

“Configurações mais enxutas de trocas iônicas (ver foto) que usam automação vêm permitindo a construção de sistemas desmineralizadores cada vez menores aliados aos ciclos mais curtos de campanha, o que viabiliza seu uso em áreas limitadas ou até mesmo instalação em lajes mais frágeis” – ressalta Lara. Para ele, esta é uma vantagem considerável em indústrias cada vez mais dispostas em edificações verticais ou cria oportunidade de instalações de nível industrial em ambientes urbanos. “Locais onde o custo da área é uma variável a ser avaliada com atenção em um projeto” – salienta. 
A disposição de ferramentas de dimensionamento on-line para projetos de osmose reversa em conjunto com desmineralização e o tráfego de informações na nuvem com a chegada da indústria 4.0 somam-se, segundo Lara, melhorando o desempenho destes sistemas com a monitoração ou a operação remota dos conjuntos. 

Custos iniciais e operacionais 
Na utilização e escolha dos equipamentos, é importante saber quanto precisará investir neles e quanto será gasto para mantê-los em funcionamento e operação. “Para equipamentos de aplicação industrial, a média de investimento é de, aproximadamente, R$ 70 mil, o que compreende uma unidade de osmose reversa complementada por um módulo de eletrodeionização. Considerando-se uma vazão de cerca de 20 m3/dia, o custo operacional de uma unidade desse porte fica em torno de R$ 2 mil mensais, divididos em energia elétrica e consumo de aditivo anti-incrustante para as membranas de osmose reversa” – afirma Santana, da Vicel.

Devido à escala de produção, Lara aponta variáveis que impactam os custos de investimento e operação dos sistemas desmineralizadores e osmose reversa:
• Qualidade da água na fonte e na entrega tratada;
• Regulamentações de projeto a serem atendidas se existentes aplicáveis a setores específicos, como o farmacêutico, veterinário, alimentício, entre outros;
• Custo de mão de obra, logística e de aquisição de insumos necessários à operação, como ácido e soda no caso da troca iônica, requeridos para a regeneração das resinas.
No caso das membranas de osmose reversa, o custo de energia elétrica deve ser levado em conta porque suas bombas de alta pressão têm alto consumo energético. “Em alguns setores, isso não é um limitante. Por exemplo, no tratamento de água de alimentação de caldeiras de alta pressão no setor sucroalcooleiro quando dispõe de cogeração de energia elétrica ou termelétricas. Em contrapartida, uma produção onde custos logísticos e de insumos químicos sejam altos pode encarecer a operação na escolha total ou de maior parte do tratamento pela troca iônica” – compara Lara, da Veolia.
Segundo o supervisor de vendas, em linhas gerais, a osmose reversa remove os sais em grandes concentrações com menores custos iniciais e de operação. Assim como a troca iônica dá polimento ao tratamento e entrega qualidade melhor de água final a custos também iniciais e de operação mais atrativos. “Essas vantagens fazem da associação das duas tecnologias uma opção atrativa pelo viés de redução de custos a ser avaliada tanto em sistemas mais simples até mesmo em projetos mais desafiadores” – aponta. 

Referências
https://www.quimlab.com.br/guiadoselementos/variaveis_fisicas.htm
https://www.gehaka.com.br/produtos/linha-tratamento-deagua/eletrodeionizadores/sistemas-de-eletrodeionizacao-cedi

Contato das empresas
Veolia: www.veolia.com.br
Vicel: www.vicel.com.br