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XL ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO “Contribuições da Engenharia de Produção para a Gestão de Operações Energéticas Sustentáveis”
Foz do Iguaçu, Paraná, Brasil, 20 a 23 de outubro de 2020.
AVALIAÇÃO AMBIENTAL E ECONÔMICA
DO REUSO DE ÁGUA EM TESTE
HIDROSTÁTICO EM VASO DE PRESSÃO:
ESTUDO DE CASO
Aleksander da Conceição Silva (Universidade Nove de Julho)
aleksander.silva78@gmail.com Plinio Centoamore (Universidade Nove de Julho)
pliniocentoamore@gmail.com José Manuel Ferreira Correia (Universidade Nove de Julho)
josemcorreia2011@gmail.com Geraldo Cardoso de Oliveira Neto (Universidade Nove de Julho)
geraldo.prod@gmail.com Luiz Fernando Rodrigues Pinto (Universidade Nove de Julho)
lfernandorp44@gmail.com
Resumo
Este artigo apresenta uma categoria de equipamento de grande importância na indústria petrolífera,
refinarias, petroquímicas e indústria químicas, que são os vasos de pressão, que em geral, trabalham
submetidos a rigorosas condições operacionais de forma contínua, e para garantir a segurança operacional
e validar são necessários testes de pressão. Assim teste hidrostáticos (TH) são realizados com uso de água,
apresentando desperdício, impactando a empresa no aspecto ambiental e econômico como a perda de água
no processo. O artigo teve como objetivo de pesquisa, por meio de um estudo de caso real, em uma empresa
de fabricante de vaso de pressão industrial, contribuir com resultados da aplicação da estratégia de P+L,
por meio dos ganhos ambientais e econômicos dentro do processo de TH, uso de poços artesianos e reuso
da água. Como resultado da pesquisa a empresa obteve um ganho econômico de R$13.800,00 mensal, com
retorno de investimento em 16 meses e ganho ambiental com a eliminação mensal de desperdício de 90m3
de água.
Palavras chaves: Produção mais limpa, Teste hidrostático, Ganho ambiental, Ganho econômico, Vaso de
pressão.
XL ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
“Contribuições da Engenharia de Produção para a Gestão de Operações Energéticas Sustentáveis” Foz do Iguaçu, Paraná, Brasil, 20 a 23 de outubro de 2020.
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1. Introdução
A Sociedade Norte americana de Engenheiros Mecânicos (em inglês American Society of
Mechanical Engineers - ASME) é uma associação profissional de engenheiros
mecânicos dos Estados Unidos que é divido em 37 ramos onde especificar normas e
regulamento técnicos em diversos países.
De acordo com código ASME (2017), os vasos de pressão estão sujeitos ao TH, após o
término da sua fabricação e em processos que passam por reparos e alterações. O teste é
importante para os novos vasos reparados ou alterados para verificar a sua integridade
estrutural antes da colocação em serviço.
Os vasos de pressão representam a categoria de equipamentos de grande importância na
indústria petrolífera, refinarias, petroquímicas e indústria químicas. Em geral, trabalham
submetidos a rigorosas condições operacionais de forma contínua por meses, sem paradas
para inspeção ou manutenção. A paralisação não programada de qualquer destes
equipamentos, por qualquer que seja o motivo, resulta em grandes perdas de produção e
lucros para as empresas. As falhas, por sua vez, podem levar a acidentes de proporções
incalculáveis, com grandes danos materiais e ambientais e, em certos casos, a perda de vidas
humanas. Dessa forma o TH é necessário e segue regras rigorosas, conforme normas
reguladoras (NR13) e normas Internacionais (ASME).
O TH é o procedimento mais comum usado para esse fim ele é realizado enchendo todo o
vaso com água e pressurizando para uma pressão de teste especificada de acordo com a
norma. O teste pode variar no consumo e descarte de 1 m3 a 2 m3 de água, dependendo da
utilização do vaso.
Diante disso tem-se discutido muito, no ambiente industrial e acadêmico a utilização de
propostas, sobre o tema de TH, Khathlan et al. (2017), propôs em seu artigo investigar a
precisão e a confiabilidade de um teste alternativo através de método finito, assim avaliando o
contorno cilíndrico das junções e bocal dos vasos para verificar a melhor combinação,
Bouvier et al. (2019), realizou um estudo para propor um projeto de material alternativo
relevante e eficiente do vaso padrão de pressão feito de compósito de polímero reforçado com
carbono utilizando modelagem finita, ele analisou os níveis de rupturas decorrentes do TH e
Fessler e Rapp (2014), mencionou em seu artigo um método para estabelecer intervalos de
TH com base na suposição de que rachaduras e corrosão para estabelecer intervalos reteste
hidrostático para tubulações. Diante disso somente foram encontrados artigos que estão
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direcionados para a questão de segurança dos TH, durabilidades e nível corrosão dos vasos de
pressão, mas não foi encontrado pesquisas que abordam o TH relacionando o conceito de
Produção mais limpa (P+L), com ganho ambiental e econômica no processo.
Com isso sugere-se a seguinte pergunta de pesquisa, a aplicação da estratégia de P+L, pode
trazer para as empresas ganhos ambientais e econômicos no processo de TH em vasos de
pressão?
Neste contexto, as pesquisas pressupõem que a conservação e o reuso de água utilizadas em
TH tornam-se uma alternativa viável, assim diminuir o impacto ao meio ambiente, ao mesmo
tempo em que traz benefícios financeiros (FERNANDES et al. 2001).
O artigo tem como objetivo de pesquisa, por meio de um estudo de caso real, em uma
empresa de fabricante de vaso de pressão industrial, contribuir com resultados da aplicação da
estratégia de P+L, por meio dos ganhos ambientais e econômicos dentro do processo de TH.
Kuhndt et al. (2002), afirmou que a política e a estratégia empresarial, junto com o processo
de tomada de decisão, precisam ser integradas aos aspectos econômicos, sociais e ambientais.
O artigo buscou explorar a maneira como este teste são realizados por meio de um caso real
em um fabricante de vasos de pressão. Todo o projeto, fabricação e testes aplicado de acordo
com o Código ASME.
O artigo segue organizado da seguinte forma; na segunda parte será realizado a revisão da
literatura sobre a P+L e reuso de água associando a avaliação econômica e ambiental, e na
terceira etapa será apresentada a metodologia realizada no estudo de caso real realizado e por
fim os resultados.
2. Revisão da literatura
2.1. Produção mais limpa (P+L)
Em 1989, a expressao “P+L” foi lançada pela United Nations Environment Program (UNEP)
e pela Division of Technology, Industry and Environment (DTIE), como sendo a aplicacao
continua de uma estratégia integrada de prevencao ambiental a processos, produtos e servicos,
visando o aumento da eficiencia da producao e a reducao dos riscos para o homem e o meio
ambiente.
A partir desse novo paradigma, a poluicao ambiental passa a ser sinonimo de desperdicio nas
empresas, e seus processos passam por mudancas que buscam diminuir o consumo de água,
energia e materias-primas (ARGENTA, 2007).
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A P+L e vista entre os especialistas como uma forma moderna de tratar as questões de meio
ambiente nos processos industriais. Dentro desta metodologia pergunta-se “onde estao sendo
gerados os resíduos? “e nao mais somente “o que fazer com os resíduos gerados? “. Dessa
forma, evita-se o desperdício, tornando o processo mais eficiente (HENRIQUES e
QUELHAS, 2007).
A P+L de acordo com o conceito proposto por Fernandes et al. (2001), pressupõe quatro
atitudes básicas:
a) Minimizacao da geracao dos residuos;
b) Reaproveitamento dos residuos no próprio processo de producao;
c) Reciclagem, com o aproveitamento das sobras ou do próprio produto para a geracao
de novos materiais.
Este artigo busca apresentar a utilização da terceira atitude básica da P+L do conceito de
Fernandes et al. (2001), por meio de um estudo de caso real de reaproveitamento dos resíduos
(água), dentro do próprio processo de produção de TH em vaso de pressão.
2.2. Teste hidrostático (TH)
A indústria fabricante de equipamentos pressurizados (vasos de pressão e caldeiras), são,
provavelmente empresas fabricantes de bens de capital e máquinas a ter que se submeter a
rígidos códigos e regulamentações de projetos, fabricação e utilização. Esta situação tem
como origem a necessidade de garantia da integridade dos produtos pressurizados que fazem
parte das instalações industriais usuais (ASWED E RUIZ, 1974). Esta circunstância tem sua
origem na quantidade de acidentes provocados por explosões de vasos pressurizados e
caldeiras geradoras de vapor experimentados a partir de meados do sec. XIX até o início do
sec. XX. Diante desta situação, a partir do início do sec. XX, o projeto, fabricação e instalação
de equipamentos pressurizados em território americano, passou a ser regulamentado pelo
código The American Society of Mechanical Engineers (ASME), por meio do Boiler &
Pressure Vessel Code (BPVC). Ao longo do tempo, a regulamentação contida no código foi
sendo adotada por uma grande quantidade de países e tornou-se uma norma regulamentadora
imposta para fabricação e instalação de equipamentos pressurizados. No Brasil o Código
ASME serve de base para a NR-13 que regulamenta equipamentos pressurizados. Inclui
requisitos mandatórios e proibições específicas (CODIGO ASME, 2017).
Dentre as práticas mandatórias, é requerido a realização de um TH, para a determinação dos
limites de utilização de componentes pressurizados. O TH é realizado com a pressurização do
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equipamento preenchido com um fluido (normalmente água), até um nível de pressão que tem
como base a pressão de operação. Esta pressão de teste fica localizada entre 1,3 a 1,5 vezes a
pressão de operação (FOULD et al., 2004).
2.3. Água e reuso
A reutilização da agua apresenta atrativos como menor custo, confiabilidade tecnológica e
suprimento garantido. No aspecto qualidade, os riscos inerentes sao gerenciados com adoção
de medidas de planejamento, monitoramento, controle e sinalização adequados (SABESP,
2004).
Andrade (1996), afirma que "o uso indiscriminado dos recursos hídricos vem acarretando a
diminuicao das reservas de agua em todo o planeta”.
O grande dilema do gerenciamento dos recursos hídricos, segundo Mancuso e Santos (2003) é
equilibrar a necessidade de consumo com a disponibilidade. A água, ao contrário do que
pensa a maioria da população é um bem que já está tornando-se escasso em muitas regiões do
planeta (CUTOLO, 2009).
Philippi e Arlindo (2002), descreve que "hoje, devido a velocidade com que os avancos
tecnologicos se deram em todos os campos da atividade humana, processos de reuso de agua,
ate entao tidos como extremamente perigosos, estão disponibilizados no mercado”.
Será também considerada reuso de agua, a reutilizacao de agua pelo mesmo usuario, para um
uso diferente do original (PHILIPPI E ARLINDO, 2002).
3. Metodologia
Segundo Prodanov e Freitas (2013), método é um procedimento ou meio para alcançar
determinado fim. Esta pesquisa se caracteriza como um estudo prático aplicado, pois as
características do que se deseja investigar se adapta mais ao estudo aprofundado de um caso
real, por seu interesse prático, isto e, que os resultados sejam aplicados ou utilizados,
imediatamente, na solução de problemas que ocorrem na realidade” (MARCONI E
LAKATOS, 2002).
Quanto aos objetivos, o trabalho foi uma pesquisa descritiva, assim foram registrados os
processos envolvidos sem nenhuma intervenção ou alteração dos dados. As pesquisas deste
tipo têm como objetivo primordial a descrição das características de determinada população
ou fenômeno ou o estabelecimento de relações entre variáveis. (GIL, 2012).
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Em relação aos procedimentos, realizou-se uma revisão da literatura e um estudo de caso real
que consistiu em um método que se aprofunda uma unidade individual (YIN, 2010). É uma
ferramenta utilizada para o entendimento da forma e dos motivos que levaram a determinada
decisão.
O estudo de caso foi dividido e realizado em quatro etapas apresentadas a seguir na figura 1.
Figura 1: Fluxograma de atividade do estudo.
Fonte: Autor adaptação de fluxograma Microsoft
Em relação payback (retorno do investimento), utilizou-se conforme afirmação de Gitman
(2004, p. 339) “se o periodo de payback for menor que o período máximo aceitável de
recuperação, o projeto será aceito. Se o período de payback for maior que o período máximo
aceitável de recuperação, o projeto será rejeitado” no caso real implementado era planejado
um período máximo aceitável de 24 meses de payback.
Payback (meses) = Total investido / lucro mensal (Eq 1)
As análises de demonstrações financeiras alteram os dados nelas contemplados em
informações que poderá ser utilizada na tomada de decisão. (Matarazzo, 2003).
4. Estudo de caso
4.1 Localização
O objeto de estudo foi aplicado em uma empresa fabricante de vaso de pressão, situada na
região industrial de Campinas.
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O processo de fabricação dos produtos inclui operações básicas de caldeiraria, tais como
corte, preparação, conformação das virolas, fabricação dos tampos, montagem e solda,
acabamento. Dentre as operações de verificação e controle de qualidade existem as exigências
de ensaios destrutivos e não destrutivos, avaliações dimensionais, e TH.
4.2 Processo de teste hidrostático
A descrição deste caso refere-se a forma de realização do TH. Em sua grande maioria, os
vasos fabricados operam com Pressão de Trabalho em torno de 3 a 12 kgf/cm2 (bar). Por
força das normas aplicáveis, o teste deve ser realizado com a Pressão de Projeto multiplicada
por 1,5. A Pressão de Projeto representa, no cálculo de dimensionamento, a Pressão de
Trabalho. Alem da Pressao de Trabalho, a variavel “Temperatura” tambem tem uma
importância relevante no dimensionamento do equipamento, apesar de não interferir nas
condições do TH, que é sempre realizado na temperatura ambiente.
A figura 2 exemplifica o modelo utilizado pela empresa estudada para realizar o teste
hidrostático nos vasos de pressão antes do embarque para o cliente.
Figura 2: Modelo de fluxograma de teste hidrostático
Fonte: Autor adaptação de fluxograma Microsoft
O modelo em questão mostra o desperdício de água que afeta o meio ambiente e implica em
custo para a empresa.
O fornecimento de água para consumo geral da empresa era da Empresa de abastecimento da
cidade de Campinas (SANASA). Esta água era utilizada em toda a instalação industrial,
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incluindo banheiros, sanitários, bebedouros, cozinha, limpeza etc. Por características dos
processos de fabricação não se utilizava água em processos industriais, somente para os casos
de TH. O valor médio da conta de abastecimento era de R$ 11.500,00/mês, com um
consumo em torno de 90m3/mês. As águas usadas eram descartadas em fossas sépticas.
4.2. Tratamento da água
A utilização de água normal para consumo humano na realização de TH é inviável, por conta
desta água ser tratada. Neste tratamento, entre outros procedimentos, é acrescentado cloro
para a garantia de sua sanidade para consumo humano. Por estarmos realizando testes em
vasos de pressão fabricados em aço inoxidável, a água utilizada requer algumas características
físico-químicas para a prevenção de eventual corrosão prematura do material do vaso,
decorrente da contaminação por cloretos. Estes cloretos estão normalmente contidos na água
fornecida pela SANASA em decorrência do tratamento químico realizado.
4.3. Aplicação
A solução era a compra de caminhões pipa de água com origem de poços artesianos, contando
com a garantia de limites de cloretos, dentro das especificações, através de certificados de
análise química. Estas compras estavam vinculadas aos volumes dos vasos a serem testados,
cujos valores variavam entre 1m3 e 200 m3 de água. A compra era realizada em caminhões
com o mínimo de 6 m3 até 50 m3 de água, dependendo da quantidade e do tamanho de vasos a
serem testados. Após o teste, a água era descartada na rede pluvial por não se caracterizarem
como águas usadas. Este procedimento atendia a Regulamentação de Utilização da Rede
Municipal de Águas e Esgoto da Prefeitura Municipal de Campinas. O custo de abastecimento
via caminhões era de R$ 800,00 por caminhões de 6 m3 e de R$ 2.700,00 para caminhões de
50 m3 de água. O consumo médio anual era de oito operações/ano de abastecimento gerando
um gasto aproximado de R$ 2.000,00 por mês. O certificado de análise química custava em
torno de R$ 300,00 por análise, o que correspondia a um total mensal médio de R$ 2.300,00
tabela1.
Tabela 1: Custo e quantidade de água utilizada em TH
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DESCRIÇÃO ATIVIDADE CUSTO MENSAL R$ M3 de água
Consumo de água11.500,00
90
Água para teste2.300,00
18
Total13.800,00
108
Fonte: Autor
Além dos custos, existia também o desperdício de água onde havia uma media mensal de 108
m³ de água que eram descartados em redes pluviais, além disso existia inconveniente das
operações de compra dos caminhões de água para os testes, uma vez que não existia local
adequado para armazenagem desta água e ela deveria estar disponível no momento da
preparação para o teste. O enchimento dos vasos era feito diretamente do caminhão de
abastecimento para o vaso a ser testado. Quando existia mais de um equipamento a ser
testado, a transferência da água de um vaso para outro era realizada por meio de
bombeamento, o que se constituía em uma operação demorada e difícil, principalmente
quando os vasos eram de grande volume, ou ainda com volumes muito diferentes. Para
finalizar esta situação o que incomodava também era o enorme desperdício de água, que como
já foi afirmado acima, esta era descartada em rede pluvial após a realização dos testes.
A partir de um estudo de viabilidade técnica e econômica, foram sugeridas três medidas
básicas a seguir;
a) Realizar a perfuração de um poço artesiano para retirada da água para consumo geral e
para a realização dos testes hidrostáticos, avaliação e análise geológica das áreas
circunvizinhas do local da empresa, concluiu-se que a região era propícia para
implantação de poços artesianos. Foi consultada a Prefeitura Municipal para
solicitação de licença de perfuração o que habilitaria o poço e contratado uma empresa
especializada para realização do trabalho de perfuração e instalação dos sistemas de
bombeamento de água e avaliação e controle da vazão do poço para garantia de
disponibilidade suficiente para o consumo estimado. O valor total investido foi de R$
65.000,00.
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b) A instalação de uma área específica para testes com um reservatório de fibra de vidro
para acondicionamento de água exclusivamente para estes testes. Este reservatório foi
calculado para uma capacidade de 130 m3 de água. Este volume ficou limitado a esta
dimensão por conta da dificuldade de fabricação, transporte e instalação de um
reservatório maior. O custo do reservatório ficou em R$ 125.000,00. As obras civis
custaram R$ 12.000,00. A compra e instalação do circuito de bombeamento desta
estação de teste custou R$ 4.500,00. Este reservatório passou a ser alimentado pela
bomba do poço artesiano antes do processo de tratamento a base de cloro. A análise da
água originada do poço, sem tratamento, apresentou um resultado compatível com as
encontradas em lençóis freáticos da região, sem contaminação bacteriológica e com
nível de cloreto dentro dos limites aceitáveis por norma (15 a 20 ppm). O custo total
desta fase ficou em R$ 141.500,00.
c) Reforma das caixas d’agua e do sistema de distribuicao para receber água de poço
artesiano e instalação de uma central de tratamento da água, retirada do poço para
consumo humano e abastecimento geral da planta. Foi realizada também a interligação
entre o sistema do poço com a estação de teste. A capacidade dos reservatórios foi
aumentada para 120 m3 garantindo-se 40 m3 para prevenção e combate a incêndios,
imposição regulamentar para obtenção de licença por parte do Corpo de Bombeiros–
Auto de Vistoria do Corpo de Bombeiros (AVCB). Este custo ficou em R$ 15.000,00,
com um investimento total tabela 2.
Tabela 2: Investimento
ATIVIDADE
Perfuração do poço
Instalação de estação de teste
Reforma e adaptação das
instalações
Total
INVESTIMENTO (R$)
65.000,00
141.500,00
15.000,00
221.500,00
Fonte: Autor
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Com base no payback obtido na tabela 3, o retorno do investimento gerou um prazo de
amortização de 16 meses.
Payback (Meses) = Total investido/ Lucro mensal inicial
Tabela 3: Prazo de retorno do investimento
INVESTIMENTO
Total investido
Lucro mensal
Retorno
13.800,00
16 Meses
221.500,00
VALOR (R$)
Fonte: Autor adaptação payback (GITMAN,2004)
Após a implementação no novo processo foi eliminado o desperdício de água e reaproveitado
em sua totalidade, gerando assim um ciclo contínuo figura 3, contendo ganho ambiental e
econômico.
A figura 3, apresenta a água que vêm do poço artesiano e abastece o reservatório, onde é
utilizado para encher os vasos de pressão para TH que posteriormente volta a água após o
teste para o reservatório com auxílio de bomba, caso ocorra vazamento durante o processo a
água é completada pelo poço artesiano novamente.
Figura 3: Ciclo do novo processo de teste hidrostático
PRESSURI ZAR
VASO DE PRESSÃO
DRENAR ÁGUA DO VASO DE PRESSÃO
BOMBEAR ÁGUA DO POÇO
ARTESI ANO OU VASO DE PRESSÃO
ENCHER RESERVATÓRI O
CASA DE BOMBA
VASO DE PRESSÃO
RESERVATÓRIO
DRENAGEM
Fonte: Autor adaptação ciclo Microsoft
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Conclusão
A pesquisa mostra que com a utilização de estratégias da P+L, aplicado em uma empresa
fabricante de vaso de pressão, contribui para o ganho econômico e ambiental, o reuso da água
é uma excelente estratégia de negócio para empresa, na eliminação de compra de água via
caminhão pipa, apresentando um prazo de amortização do investimento de aproximadamente
16 meses. Esta consideração levou em conta a economia na conta de abastecimento de água,
que foi substituída pelo consumo da água retirada do poço artesiano aberto. Como resultado a
empresa obteve um ganho econômico de R$13.800,00 mensal, e além disso a empresa obteve
ganho ambiental com a utilização de umas das bases da P+L o reuso 90m3 de água mensal
que deixaram de ser despejada na rede pluvial respondendo dessa forma a pergunta de
pesquisa.
Um outro fator considerado importante, é que todo o processo foi realizado dentro da
legislação municipal vigente e da utilização regulamentada pelas autoridades competentes dos
recursos naturais.
Como consequências secundárias, com o reuso da água, conforme uma das base da P+L, foi
de valiosa importância para a redução no consumo e desperdício de água utilizadas nos TH
em vaso de pressão, a melhoria do desempenho operacional e de prazos na realização destes
testes e um ganho significativo, na agilização do processo, no que diz respeito a programação
das datas e horários ideais para sua realização, pois eliminou a necessidade de agendamento
com os caminhão pipa, e a água esta disponível para o TH a qualquer hora do dia.
A pesquisa identificou a aplicação do método do TH, inserido na base da P+L para ganho
econômico e ambiental, e abriu oportunidade de nova pesquisa, no qual por meio de uma
survey, para confirmação dos ganhos econômicos e ambientais em outras empresas faz uso de
TH, entretanto não podemos generalizar os resultados, pois trata-se de um estudo de caso em
uma região, no qual existe a condição de uso do lençol freático e isso deve ser observado em
pesquisas futuras.
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