O que é hazop? 

Em primeiro lugar, a palavra hazop vem da língua inglesa que  significa HAZard OPerability Sturdy. Agora, traduzindo para o português estudo dos riscos e operabilidade.

À primeira vista, tivemos o desenvolvimento da técnica para aplicação inicialmente em processos químicos.

Mas, com o sucesso da metodologia, esta foi generalizada e aplicada em outros tipos de processos, que vão desde sistemas complexos até softwares.

E qual seria seu objetivo?

Objetivo da metodologia

Primeiro, o objetivo principal da aplicação do hazop é conferir a identificação e a avaliação dos perigos de segurança e meio ambiente que a planta industrial pode vir a oferecer.

Segundo, e não menos importante, os problemas que possam vir a comprometer a planta. Isso quer dizer, que poderia reduzir a produtividade da planta e  aumentar os custos com insumos, por exemplo, caso algum acidente venha a ocorrer.

Diante disso, a técnica pode ser executada tanto  na parte de planejamento da planta, como na planta já em execução. Afinal, nunca é tarde quando se trata de segurança.

Se tratando de segurança, já sabemos que é vantajoso. Agora, já existem outras técnicas de avaliação de riscos, qual a vantagem de aplicar o hazop em específico?

As vantagens

O hazop é aplicado com a utilização de perguntas através de palavras-guia, ou seja, a metodologia segue uma abordagem sistemática o que facilita e dá mais agilidade ao processo.

Conforme dito anteriormente, devido a técnica poder ser aplicada a diversos sistemas e áreas torna-a bastante flexível.

Por fim, durante a execução da reunião para a análise de risco temos a presença de uma equipe multidisciplinar. Por exemplo, contamos com o pessoal de operações que já estão acostumadas com os desvios dos parâmetros do processo, de segurança, meio ambiente, dentre outros.

Agora, uma vantagem, não só para a planta mas para o pessoal empregado, é a uniformização dos conhecimentos.  E como ocorre essa reunião? É disso que iremos tratar no próximo tópico.

Como funciona o hazop?

Primordialmente, é a formação de uma equipe multidisciplinar!

Nesse meio tempo, se tratando da técnica em si, é a determinação da área onde será realizada a análise de risco.

Posteriormente, realizamos a divisão das áreas em subáreas através de “nós”. Dessa maneira, garantimos que nenhum detalhe que possa vir a comprometer a operação da planta seja esquecido.  Que detalhe seria esse? Por exemplo, podemos identificar que uma queda de pressão de um vaso seria um risco. Mas, o nível, se diminuir muito?

Para determinarmos esse grau de detalhamento, ou seja, onde realizar cada análise temos alguns critérios. São eles:

• Mudança de processo
• Mudança de estado físico.
• Equipamentos com parâmetros ( Temperatura, Pressão, Vazão, Nível) distintos.
• Vasos do processo e auxiliares.

Anteriormente, falamos sobre perguntas e palavras-guia. Lembram?

Vamos entender melhor!

As palavras-guia no hazop são as alterações que ocorrem no processo, que, aplicada diretamente com os parâmetros resultam nos desvios.

Em outras palavras, as possíveis causas.

A análise de riscos é feita em cima de um P&Id , um fluxograma de engenharia, pela equipe, e registrada em uma planilha pelo facilitador, que conduz a reunião fazendo as perguntas.

Em seguida, é realizada a categorização cruzando a frequência com a severidade resultando no risco.

Por fim, esse risco é classificado de I a V após ser aplicado na matriz de risco. 

Apenas os riscos I e II são aceitáveis. Em suma, não negligenciam a segurança! Para mais artigos como este, sigam o blog da engenharia! E não esqueçam de compartilhar o conteúdo!

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Contudo, essa problemática da água não é uma peculiaridade apenas do Rio, e também tivemos problemas anteriores com essa temática.Com o passar dos anos, a taxa de crescimento populacional tende a aumentar.

Como resultado, temos um maior consumo de água e uma maior produção de esgotos, tanto residuais quanto industriais.

Poderíamos deixar os esgotos de lado e utilizarmos água “limpa”?

Sim! Porém, garanto que não é a melhor solução.

Pois, apesar da superfície do nosso planeta ser 70 % água, cerca de 95% é água salgada, não sendo disponível para uso, o que torna esse recurso escasso.

 Já existem países que sofrem com a falta de água.

Sendo assim, faz-se necessário o investimento em estações de tratamento e em novas técnicas para reutilização das águas.

Esse recurso para ser utilizado, tanto nas indústrias quanto para uso pessoal, passa por diversas etapas de tratamento e técnicas variadas.

Vamos conhecer todo o processo?

Principais poluentes

As águas oriundas de efluentes industriais como em residências possuem poluentes característicos a saber.

Nas indústrias, os principais contaminantes são DBO, DQO, alcalinidade, pH, compostos nitrogenados, compostos fosforados, metais pesados, cor, suspensões e óleos.

Por outro lado, nos efluentes residuais também contamos com a presença de fármacos e resíduos orgânicos, pesticidas, dentre outros.

O que encontra-se, em maior quantidade neste meio, são os esteróides.

Para ilustrar, olhem a tabela abaixo.

Todavia, pode-se pensar que a presença desses últimos poluentes na água pode ser advinda principalmente do descarte incorreto tanto da população quanto das indústrias.

Porém, temos que levar em conta que os medicamentos que consumimos não são completamente metabolizados, sendo excretados através da urina e das fezes, que por sua vez, constituem o esgoto.

Métodos de tratamento da água nas industrias

O tratamento de água proveniente da indústria passa, geralmente, por três etapas:

• A primeira etapa constitui tratamentos físicos na qual utiliza-se, por exemplo, a filtração e a sedimentação.
• Segundo, utiliza-se métodos biológicos para redução das concentrações de DBO e DQO presente na água.
• E por fim, técnicas tais como a adsorção, troca iônica, membranas cristalização e evaporação.

Dentro dessas macrodivisões, podem ser empregadas técnicas mais específicas a depender do investimento e do grau de pureza que deseja-se ter. Essas metodologias seguem metodologias de operação diferentes.

Outros processos como osmose reversa e eletrodiálise já foram empregados com o intuito de promover a reutilização da água pela indústria.

Etapas de tratamento da água residual

Analogamente ao tratamento de água industrial, a água residual também passa por diversas etapas de tratamento, divididas em físicos, químicos e biológicos, até serem disponibilizadas para uso.

As estações de tratamento de efluentes seguem, por convenção, etapas padrão de tratamento da água, por exemplo: cloração, ajuste e correção do pH, coagulação, floculação, decantação, filtração, fluoretação.

Contudo, a metodologia tradicional não garante sustentabilidade ao processo devido a limitações técnicas e econômicas. Em outras palavras, tais metodologias tendem apenas a concentrar o resíduo, podendo a vir a causar problemas ambientais com a eliminação dos rejeitos do tratamento.

Diante disso, novas técnicas vêm sendo estudadas para solução desta problemática.

Técnicas avançadas no tratamento de água 

Dentre as novas metodologias para o tratamento da água, a que mais tem se destacado é através dos processos oxidativos.

Nesse estudo utiliza-se espécies transitórias (radicais) como precursor na reação de oxidação, por exemplo, radicais hidroxila (OH-) que possuem alto poder oxidante e pouca seletividade.

Essas espécies são formadas através de processos fotoquímicos ou empregam alta energia, e, cada processo, possui um mecanismo de iniciação diferente.

Vamos conhecer de forma superficial essa nova abordagem!?

Primeiramente, vamos falar da fotólise. Neste processo, temos a utilização da radiação UV para promoção da formação de espécies oxidativas dentro do próprio meio como NO3– e Fe3+.

Uma variação da utilização dos raios ultravioleta são a peroxidação foto-assistida onde tem-se a introdução no meio de peróxido de hidrogênio (H2O2), a famosa água oxigenada.

Outrossim, no processo foto-fenton, tem-se a “transformação” de Fe3+ em Fe2+ que promove a formação da hidroxila, através da clivagem do peróxido.

E, por último, a utilização de dióxido de titânio como fotocatalisador.

Outras metodologias no tratamento da água.

Outras técnicas podem ser utilizadas, por exemplo: sonoquímica, com o emprego do ultrassom que geram a implosão de bolhas formadas dentro do líquido liberando grande quantidade de energia. Nesse processo, a temperatura pode chegar a 5000 ºC e 1000 atm de pressão.

A ozonólise, com o emprego de ozônio.

Por fim, pode-se gerar a cavitação do líquido e posterior colapso das cavidades geradas devido a expansão do líquido. Para isso, deve-se forçar a passagem do líquido através de orifícios, tubos venturi, turbinas onde obteremos um aumento da energia cinética e uma queda brusca de pressão.

Eficiência do tratamento de efluentes

Em suma, a técnica utilizada, como dito anteriormente, vai depender da disponibilidade econômica e de qual o objetivo do tratamento, ou seja, qual contaminante deseja-se remover.

Analogamente, ou se falar de eficiência no tratamento, deve-se levar em conta  o poluente que deseja-se remover, e se, no final do tratamento, a presença de contaminantes está dentro da faixa desejável e permitida para reuso.

Logo, é necessário fazer um estudo da matriz de contaminantes da água a ser tratada. E, no caso do Rio de Janeiro e afins, colocar em prática em caráter de urgência.

Para saber mais dos acontecimentos no Rio de Janeiro, leiam o artigo no link.

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Sempre que vamos iniciar algum estudo procuramos saber o básico do que iremos estudar. Lemos o sumário e nos perguntamos qual valor será agregado. Ao iniciarmos um curso universitário, não seria por menos.

Além disso, nós fazemos os seguintes questionamentos: será que eu sirvo pra isso? Tenho conhecimento/base suficiente para realizar o curso?

Já se viram nessa situação, não é?!

Durante o curso de engenharia química, iremos nos deparar com diversos conceitos, que, com certeza, serão melhor detalhados por seus professores.

Vamos estar um passo à frente e aprender alguns conceitos básicos?

Operações na engenharia química

Antes de tudo, temos que considerar a economicidade do processo, afinal, os processos químicos demandam custos.

Desta maneira, podemos determinar qual regime de operação o nosso processo irá ocorrer, isso quer dizer, se irá operar de forma contínua ou descontínua.

Os processos contínuos, ou que estão em regime permanente, são mais econômicos pois lhe permite fazer o equipamento trabalhar de maneira contínua, realizando apenas paradas programadas. Essa condição é preferida para processos de larga escala.

Outra característica dos processos contínuos é que as variáveis do processo não se alteram com o tempo. Sendo assim, instalam-se equipamentos para controlar perturbações que possam vir a ocorrer.

Que perturbações são essas?

Queda na vazão, aumento do nível do vaso, pressão, temperatura.

Em contrapartida, as operações descontínuas, ou em regime transiente, são desejadas quando a possibilidade de corrosão é alta ou o processo é em pequena escala.

Grandezas e unidades.

Constantemente, nos deparamos com esses termos. Até mesmo no vestibular ou no ensino regular.

Contudo, ao se trabalhar os cálculos na engenharia química temos que nos atentar em qual sistema de unidades estamos trabalhando, pois há uma grande possibilidade de haver erros grosseiros que podem custar caro.

Estamos acostumados a utilizar m (metros) como unidade de comprimento, ºC (grau celsius) para temperatura e atm para pressão. Todavia, no mundo dos adultos não é essa maravilha.

Ah! Mas não é pra isso que serve o S.I. (Sistema Internacional) ?

Sim, ou melhor, deveria ser.

Por exemplo, vamos começar com a temperatura. Nos Estados Unidos utiliza-se  Fahrenheit. 

E aí? O que faz? Reclama? Não interage com o outro engenheiro?

Vamos fazer uma discussão mais avançada?

Número de Reynolds

Vamos dizer que você queira calcular o Número de Reynolds e que seu fluido de escoamento seja água.

Analogamente, suponha que você receba a especificação de uma tubulação em polegadas, usual na indústria química, e a massa específica da água é dada em kg/m3.

Como ficaria esse cálculo se o Reynolds é adimensional? Faça essa análise!

Uma pequena variação pode fazer você projetar um sistema em que o regime deve ser turbulento, mas na verdade ele é laminar.

Outro termo com o qual irão se deparar é a vazão, que nada mais é a quantidade de fluido que irá escoar em um certo tempo. 

Essa quantidade pode ser dada em unidades de volume, massa ou quantidade de matéria.

Em resumo, o importante aqui não é apenas saber as relações de conversão, converter as unidades adequadamente, mas também, ter uma noção de grandeza.

Neste ponto foram abordadas apenas unidades básicas. A massa já dominamos bem, se a partir deste ponto falar apenas em toneladas, vocês rapidamente terão noção de quanto vale em quilogramas. 

Agora imagina falar em vazão em kmol/h. Ou energia em Btu. Volume em m3.

Tipos de escoamento na engenharia química

Acima, eu disse que pelo cálculo de Reynolds podemos descobrir se o escoamento é laminar ou turbulento. Agora, vamos falar da direção do escoamento.

E mais adiante falaremos sobre operações unitárias na engenharia química e veremos que dois fluidos podem escoar de duas formas, a saber: 

Em contracorrente, quando os dois fluidos escoam em direções opostas, paralelo, quando os fluidos escoam na mesma direção e, por fim, mas não tão utilizado, perpendicular.

Similarmente, essas correntes podem entrar em contato ou não, a depender do processo/operação, por exemplo: se queremos transferir massa entre as correntes estas devem entrar em contato, em contrapartida, se queremos apenas transferir energia, haverá uma interface e essas correntes não entram em contato.

Mas Paulo, faz tanta diferença? 

Usualmente, na engenharia química, trabalhamos com as correntes escoando em contracorrente, pois nos permite uma maior transferência de massa e energia.

Ou seja, faz diferença.

Operações unitárias da engenharia química

Qualquer que seja o processo químico, possuímos equipamentos que causam apenas mudanças físicas no material, ou seja, não entra em questão o reator.

O conjunto dessas operações na engenharia química é conhecido como operações unitárias. Ainda assim, temos uma macrodivisão entre essas operações, que é a que se segue: transporte de material, transferência de calor, mistura e agitação, separação e manuseio de material.

A começar pelo transporte de material, temos, por exemplo, as bombas (centrífugas e volumétricas) e os compressores.

Existem diferenças?

Sim ! As bombas servem apenas para fluidos líquidos e compressores para gases. 

Já para a transmissão de calor, temos os trocadores de calor, que nos permitem transmitir energia térmica entre duas correntes. Na indústria, possuímos vários tipos de trocadores, casco e tubo, placas, grampos e também, podem ter múltiplos passes.

Sobretudo, cabe salientar que os reboilers e condensadores funcionam também como trocadores de calor. Os agitadores visam homogeneizar a mistura dos materiais. Para essas operações temos os vasos com agitador.

As operações de separação formam o maior de operações.

E quais são elas?

Para ilustrar, temos a destilação, absorção, adsorção, secagem, extração líquido-líquido, evaporação, cristalização…

Entretanto, cada equipamento possui uma característica específica, por exemplo, a destilação leva em consideração a diferença de volatilidade dos componentes da mistura.

Mas, dentro da própria destilação possuímos segregação, temos destilação atmosférica, destilação criogênica, destilação extrativa. Em resumo, a escolha da operação unitária, ou do conjunto de operações vai depender das características da corrente de interesse.

Por fim, para manuseio de material, uma das técnicas que podemos lançar mão é a moagem.

Ao longo do curso de engenharia química, aprenderemos esses e muitos outros conceitos que servirão como suporte para nos tornarmos engenheiros químicos. 

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Os processos químicos são definidos através da aplicação dos princípios físicos, químicos e biológicos visando a transformação de um material ou uma mistura de materiais através de uma ou mais operações. 

Deste modo, objetiva-se “colocar” valor agregado em uma matéria-prima modificando-a em um produto de interesse, que possua alto valor agregado. Por exemplo, o processo de refino do petróleo cru  para obtenção de combustíveis.

Os processos químicos são classificados em relação ao seu modo de operação/ funcionamento. Isso quer dizer, seu modo de condução, bem como sua variação temporal.

Como os processos químicos são classificados em relação ao modo de condução?

Em relação ao modo de condução, os processos podem ser classificados como contínuos, semi-contínuos e em bateladas.

Os processos contínuos ocorrem da seguinte forma: a vazão de material entra em um determinado  volume de controle e sai na mesma quantidade, de forma ininterrupta, excetuando a parada de manutenção ou por alguma falha operacional. 

Espera-se que o desempenho de uma planta industrial se mantenha constante ou melhore ao longo de todo o tempo que a mesma esteja em operação.

 Alguns exemplos de suas aplicações são o refino do petróleo, siderúrgicas, indústria de papel e celulose.

Os processos em batelada são operados por ciclos, ou seja, a matéria prima é alimentada em um reator até o volume necessário para reação, inicia-se o processamento, e todo o material é retirado esvaziando o reator, o que finaliza o ciclo. Toda a operação se repete. 

Pode-se citar como exemplo a Polimerização, fabricação de produtos farmacêuticos, explosivos…

Os processos sem-contínuo ou semi-batelada ocorrem de tal forma  que alguns materiais são alimentados de forma contínua e outros em batelada. 

Temos um exemplo bem claro e de fácil entendimento no dia a dia:

Por exemplo, quando você faz café em sua casa, ou num sistema de uma cafeteria… Você coloca o pó de café sobre o papel filtro, essa ação seria caracterizada como batelada, pois há necessidade de esperar que o café passe totalmente para realimentar a cafeteira.

A água é alimentada continuamente pela própria máquina à medida que o café pronto vai sendo produzido.

Como os processos químicos são classificados quanto sua variação temporal?

Os processos químicos são garantidos ocorrer em regime permanente ou estacionário, quando há pouca ou nenhuma variação das variáveis de processo com o tempo em um determinado ponto.

 Contudo, quando falamos de regime transiente essas variáveis podem ser alteradas. 

As duas classificações abordadas acima estão interligadas, ou seja, nos processos contínuos quando, em um ponto, as condições operacionais não sofrem variações no tempo são  ditas ocorrer em regime permanente.

Enquanto que, processos em batelada ocorrem em regime transiente.

Quais os prós e contras de cada tipo de processo?

Embora os processos possuem seus pontos a favor e contra, e podemos compará-los. Isto pode ser ilustrado através da tabela abaixo. Bora conferir!?

Claro que um outro aspecto dos processos contínuos, que não poderia deixar de ser citado, é a necessidade de uma estratégia de controle e segurança refinada, com a finalidade de controlar as variáveis importantes do processo.

Essas estratégias visam amenizar as perturbações causadas durante uma operação, por exemplo:

O que deverá ser feito se a pressão de vaso de flash subir? E se meu nível em uma coluna de destilação abaixar além do limite? Caso minha bomba cavite?

 Essa necessidade resulta num aumento do custo do processo. 

Os processos em batelada requerem espaços físicos menores, porém, como ponto contra, o tempo entre os ciclos são inutilizados.

Analisando no longo prazo, o custo total de um processo contínuo se torna barato.

Como eu escolho o tipo de processo?

DEPENDE!

Ao se fazer um planejamento de projeto, você deve se inteirar das rotas de produção, disponibilidade de reagente e da demanda de produtos que será exigida pelo mercado.

Em conclusão, cabe fazer uma ressalva que dar partida em uma planta industrial possui custo elevado.

E agora? Prontos para escolherem e classificarem o tipo de processo de sua planta?

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Em dezembro de 2019, foi detectado um  novo tipo de vírus na região de Wuhan – China ao qual foi dado o nome COVID-19. Desde então, a cada dia que passa, o número de infectados e mortos vítimas do vírus vem aumentando.

Uma pesquisa feita à Organização Mundial da Saúde – OMS, o número de casos confirmados totalizam mais de 90 milhões no mundo. Diante dessa situação, diversos profissionais, tais como da Engenharia Química, vem buscando soluções de forma a auxiliar na imunização e na não propagação do vírus.

Uma visão geral da Engenharia Química.

Tendo um olhar macro, podemos perceber que a química está presente em tudo em nosso cotidiano. Sendo assim, é difícil pensar em algo que não passe por um processo químico ou tenha explicação química, desta forma, podemos assumir que a Engenharia Química esta presente dia a dia em nossas vidas.

Essa presença faz com que os profissionais desta área tenham um conhecimento vasto que englobam outras áreas da ciência definindo-a, como “Engenharia Universal”.

Essa universalidade nos permite empregar nossos conhecimentos em diferentes campos de atuação, a depender da especialização e ou interesse do engenheiro. E claro, em um olhar micro, no combate ao COVID-19.

E qual a atuação de Engenharia Química contra o COVID?

Retrocedendo ao início do ano de 2020, diversos jornais informaram que a demanda por álcool em gel aumentou de for exponencial e que os fabricantes desse produto não conseguiram conter essa demanda por falta de insumos.

Uma parte da composição do álcool em gel, mais especificamente o polímero acrílico (espessante) com a função de dar a forma gelatinosa,  é importada o que retardaria a formulação do  ,e, com a alta do dólar os preços chegaram ao consumidor de forma inflacionada.

Ao propósito de conter esse problema profissionais da Engenharia Química buscaram novas alternativas para substituir a falta do espessante.

A engenharia e as áreas de atuação

Na Indústria de Polímeros, a Engenharia Química tem seu espaço na descoberta e produção de novos polímeros para a produção de Face-shields, tubos para coleta de exames, seringas …

O impacto relacionado a insumos atingiu igualmente a Indústria Farmacêutica para a produção de substâncias como vitamina C, dipirona e paracetamol, dentre outros.

Cabe ressaltar que ainda não há um medicamento próprio para o COVID-19, sendo assim, a Engenharia Química atua na produção e descoberta de fármacos e vacinas apropriadas ao combate à pandemia, conhecendo novas rotas de síntese, estabilidade, eficácia, tempo de vida útil, efeitos colaterais que poderão advir e de que maneira aumentar a produção sem que perca sua eficácia.

Lembrem-se, as moléculas reagem por mecanismos diferentes, o que era pra ajudar pode vir a piorar dependendo da situação.

Na indústria química, temos a produção de água sanitária (solução de NaClO), atuando como desinfetante tanto em ambientes residuais quanto hospitalares bem como a  descoberta de novos reagentes para que se possa identificar de forma mais eficaz o vírus num menor espaço de tempo possível.

A tecnologia da impressora 3D foi utilizada em alguns países para produção de equipamentos no tratamento da COVID, contudo, a barreira do custo dos insumos necessário foi contornada com profissionais da Engenharia Química no desenvolvimento de novos polímeros, específicos para essa tecnologia, mais baratos.

No quesito ambiental, tivemos uma atuação desses profissionais.

Mas o que tem a ver a Engenharia Química, COVID-19 e Meio Ambiente?

A resposta é TUDO!

Sabemos que no mundo ideal nada funciona perfeitamente. Os processos químicos industriais geram subprodutos, que, em alguns casos não possui valor de mercado e necessitam ser eliminados.

Para isso, esses efluentes necessitam e devem ser encaminhados para uma Estação de Tratamento de Efluentes de forma a amenizar o impacto causado no meio ambiente.

Os processos industriais também necessitam de energia elétrica assim como na forma de calor.

Em resumo, para gerar energia em forma de calor faz-se necessário uma grande queima de combustível resultando na emissão de gases poluentes para a atmosfera. Sem contar com os processos que por si só liberam gases como subprodutos. Logo, deve ser encaminhado para uma Estação de tratamento de Gases (ETG).

Um último aspecto ambiental é na utilização de solventes cujo volume necessário é muito maior que a escala laboratorial e ou plantas piloto. Muitos destes não podem ser eliminados e necessitam de uma etapa de recuperação.

Em conclusão, agora conseguimos entender o alinhamento né? A Engenharia Química busca integrar a necessidade de suprir a demanda, no menor custo possível e que estejam dentro do aspecto da sustentabilidade.

Mas calma!

Essas atividades não são executadas exclusivamente pelos profissionais da área? Por exemplo: Farmacêuticos na produção de fármacos.

SIM … E NÃO!

O que é executado por estes profissionais é na escala laboratorial. Nem sempre o que funciona no laboratório funciona em escala industrial. As proporções estequiométricas das reações irão mudar ao se tentar fazer um Scale-up.

Ou seja, a Engenharia Química intervém de forma a auxiliar a realização desta transição de forma a suprir toda a demanda requerida pelo mercado. Não se esquecendo dos sistemas de gestão integrada: Qualidade, Segurança e Meio Ambiente.

Veja aqui um artigo sobre latinha inteligentes que gelam em 90 segundos!

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