Aspectos ambientais para geração de vácuo

Aspectos Ambientais para Geração de Vácuo
Sumário
Muitas etapas do trabalho no laboratório necessita do uso de vácuo. Para geração de vácuo
uma bomba de vácuo tipo jato de água e uma bomba de vácuo (bombas de membrana e óleo)
podem ser usadas. Vácuo deve somente ser utilizado se for realmente necessário, por causa do
material e energia consumida e a poluição gerada. Se vácuo deve ser empregado no trabalho
uma etapa com bomba de vácuo tipo jato de água não deve ser utilizada. É mais favorável
usar bombas de vácuo, se as possibilidades técnicas no local permitirem. Bombas controladas
pela velocidade devem ser escolhidos a partir da grande suprimento de bombas de vácuo.
A Poluição Ambiental da Geração de Vácuo
O uso de vácuo é um componente indispensável de muitas etapas de trabalho no laboratório.
Áreas de aplicação são destilação e sublimação sobre pressão reduzida assim como secagem e
filtração. No campo de trabalho de laboratório com vácuo pode ser fornecidos por bomba de
vácuo tipo jato de água e bombas de membrana ou óleo. Tal como no caso de aplicação de
energia (ver aqui) deve ser demonstrado que a geração de vácuo produz poluição adequada ou
superior correspondente à conversão real devido à energia necessária.
Fig. 1: Exemplo de uma bomba de jato de água
Fig. 2: Exemplo de uma bomba de vácuo
Qual o método de geração de vácuo é mais favorável do ponto de vista puramente ecológico
não pode e não deve ser resolvida definitivamente neste texto. Uma válida conclusão sobre
esta questão só pode ser feita através da análise e avaliação dos diferentes sistemas com o
auxílio de um método de avaliação holística. Embora uma análise detalhada seja
indispensável para afirmação confiável, o método mais favorável de geração de vácuo pode
ser estimado considerando o tipo e dimensão dos diferentes impactos ambientais. Para esta
1
estimativa vários dispositivos de laboratório para a geração de vácuo foram analisadas com
relação aos seus materiais e do consumo de energia e este consumo foi então avaliada.
A Utilização de Bombas de Vácuo do Tipo Jato de Água
Em bombas de vácuo do tipo jato de água a água sobre pressão foi escoada através de uma
conecção condutora. O bocal condutor de água converte energia estática em energia cinética
através da qual a velocidade do fluxo à deriva é aumentada. Atrás do bocal surge uma zona
com menos pressão.
Fig. 3: Funcionamento principal das bombas de vácuo tipo jato de água
Devido à pressão de vapor da água, a utilização de bombas de vácuo do tipo jato de água é
limitada a trabalhos com menores exigências de qualidade para o vácuo (≥ 16 hPa). Outra
desvantagem das bombas de vácuo do tipo jato de água que é substâncias residuais voláteis
(solventes) são enviadas para o esgoto de forma inevitável durante as práticas de laboratório.
O desempenho de sucção de bombas de vácuo do tipo jato de água também é mais baixo
comparado com as bombas de vácuo. O aspecto positivo da utilização de bombas de vácuo do
tipo jato de água é o comparável baixo custo de compra e a evidentemente menor sobrecarga
ecológica para a produção do equipamento.
Para afirmar sobre a poluição, causada por bombas de vácuo do tipo jato de água, diferentes
dispositivos foram analisados. A média de consumo de energia de fornecimento de água
potável foi determinada em um estudo.
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Consumo de Água para Geração de Vácuo
Para a avaliação do consumo de água de bombas de vácuo do tipo jato de água em termos de
criação de vácuo,três bombas de vácuo do tipo jato de água de diferentes fabricantes foram
comparados. A seguinte estrutura experimental (Fig. 4) foi usado para isso:
Fig. 4: Estrutura construída para a medição do consumo de água de bombas de vácuo do tipo
jato de água: 1. manômetro de sucção lateral, 2. manômetro de água lateral, 3. bomba de
vácuo do tipo jato de água, 4. válvula de controle
As bombas de vácuo do tipo jato de água analisadas alcançaram seu máximo decréscimo de
pressão após alguns minutos. A pressão da linha combustível de 4,8 bar foi constante durante
toda a medição. O quadro 1 mostra o consumo de água determinado para as diferentes
bombas de vácuo do tipo jato de água.
Bomba de vácuo do tipo jato de água
Material sintético
Vidro 1
Vidro 2
Início do vácuo
Vácuo após 20 min
Consumo de água
40
26
8,74
40
36
6,95
40
34
6,57
hPa
hPa
L/min
Quadro 1: Consumo de água de bombas de vácuo do tipo jato de água
Como mencionado acima é verdade que nenhuma potência elétrica é usada para geração de
vácuo por meio da bomba de vácuo do tipo jato de água, mas sim na produção e fornecimento
de água potável.
Bombas de Vácuo do Tipo Jato de Água – Consumo de Energia em Cadeia Preliminar
A energia utilizada para produzir e fornecer água potável, por exemplo, para bombas, deve ser
atribuído diretamente à geração de vácuo por meio de bombas de vácuo do tipo jato de água.
Além disso, o material e o fluxo de energia para a fabricação dos produtos que são necessárias
no tratamento da água potável devem ser levados em conta. A fabricação de cloro ou
3
substâncias que previnem a corrosão para a preservação da rede de abastecimento estão
inclusos a este. O quadro 2 contém dados sobre o consumo de energia e materiais para oferta
de água potável a partir de vários fornecedores de água.
Trabalho de
água
1
2
3
4
5
Quantidade de
água potável
produzida (m3)
2655000
6852136
9813655
10970963
1236547
Energia
elétrica
(kWh/m3)
1,28
0,94
0,35
0,21
0,66
Cloro(g/m3)
NaOCl
(g/m3)
0,29
0,23
0,12
0,06
0,00
0,72
0,31
0,00
0,97
0,40
Prevenção de
corrosão
(g/m3)
6,48
0,68
0,00
1,45
0,00
Quadro 2: Consumo de energia e materiais para o fornecimento de água potável
Em média cerca de 670 Wh (1 Wh = 3,6 kJ) de energia por m³ de água potável são
necessárias na sequência destas informações. Com resultante consumo de energia de cerca de
5 Wh/min como poluição adicional para o consumo de água em um consumo de água médio
de uma bomba de vácuo do tipo jato de água de cerca de 7 L/min.
Após o consumo de material e energia de diferentes bombas de vácuo do tipo jato de água ter
sido determinada, a utilização de bombas de vácuo será analisada no parágrafo seguinte.
O Uso de Bombas de Vácuo
Bombas de vácuo operadas eletricamente podem ser usadas como alternativa ao uso de
bombas de vácuo do tipo jato de água. Sua desvantagem, em geral, é o elevado preço da
obtenção em comparação com uma bomba de vácuo do tipo jato de água. Outras
desvantagens, por exemplo, são decorrentes dos resíduos de óleo das bombas de óleo ou a
necessidade de instalação de armadilhas criogênicas para condensação e com retenção dos
resíduos de substâncias. Para comparar bombas de vácuo do tipo jato de água e bombas de
vácuo, várias bombas foram analisadas no que diz respeito ao seu consumo energético.
Vacuubrand Modelo “MZ 2C/1,7”
O modelo Vacuubrand MZ 2C/1,7 (capacidade de sucção de 2,4 m³/h; pressão final < 15 hPa)
é uma bomba de membrana clássica.
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Fig. 5: Estrutura para medição do consumo de energia – bomba de membrana: 1. medida de
energia, 2. pressão fixa/ controle, 3. bomba de membrana
Vacuubrand Modelo MZ 2C/1,7
Experimento nº 1013 hPa
1
3,08
2
3,10
3
3,06
Consumo (Wh/min)
4
3,07
5
3,04
6
3,07
7
3,03
8
3,04
60 hPa
2,58
2,52
2,61
2,53
2,51
2,63
2,56
2,60
Quadro 3: Consumo de energia da bomba de vácuo Vacuubrand MZ 2C/1,7
À capacidade gasosa completa, a bomba apresenta um consumo de aproximadamente 3,1
Wh/min, sem carga gasosa mostra um consumo de cerca de 2,6 Wh/min a uma pressão
máxima de 60 hPa (quadro 3). O consumo energético com e sem carga gasosa deve ser
considerada como aproximadamente igual. É por isso que um consumo médio de energia de
2,8 Wh/min é atribuído às bombas independentemente da carga gasosa.
Bomba de Óleo Leybold/Heraeus Modelo “trivac D2A”
A analisada bomba de vácuo rotatória Leybold/Heraeus Modelo trivac D2A (capacidade de
sucção de 2,0 m³/h) demonstrou aproximadamente igual consumo de energia a todas as
pressões testadas. É de 5,4 Wh/min em média (quadro 4).
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Fig. 6: Estrutura para medição do consumo de energia – bomba de vácuo rotatória: 1. medida
de energia, 2. pressão fixa/ controle, 3. bomba rotatória, 4. válvula de três vias
Bomba de Óleo Leybold/Heraeus Modelo trivac D2A
Experimento nº 1010 hPa 600 hPa 200 hPa
1
5,28
5,36
5,52
2
5,12
5,36
5,50
3
5,28
5,35
5,52
Consumo (Wh/min)
4
5,24
5,34
5,51
5
5,23
5,35
5,53
6
5,26
5,54
5,48
7
5,24
5,16
5,51
8
5,25
5,34
5,52
1 hPa
5,52
5,55
5,60
5,69
5,53
5,73
5,59
5,60
Quadro 4: Consumo de energia da bomba de vácuo Leybold/Heraeus Modelo trivac D2A
Bomba de bancada Vacuubrand Modelo “CVC 2000”
Esta bomba de vácuo (capacidade de sucção de 1,6 m³/h; pressão final < 2 hPa) é uma bomba
de vácuo de velocidade controlada, o que significa que o vácuo não é ajustado pela ventilação
como geralmente, mas é regulado adicionalmente pelas revoluções por minuto.
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Fig. 7: Estrutura para medição do consumo de energia – bomba de bancada: 1. medida de
energia, 2. pressão fixa/ controle, 3. bomba de membrana
Os medições resultaram em um consumo médio de 0,94 Wh/min a plena capacidade gasosa.
As medições a pressões mais baixas são menos representativas porque a bomba pára sobre a
sua própria pressão quando atinge a sua meta. Por conseguinte, presume-se que o consumo de
energia em funcionamento se situa acima dos valores apresentados no quadro 5, mas abaixo
do consumo gasoso em completa capacidade.
Bomba de vácuo controlada pela velocidade Vacuubrand “CVC 2000”
Experimento nº 1010 hPa 600 hPa 200 hPa
3 hPa
1
0,65
0,15
0,23
0,18
2
0,96
0,12
0,11
0,16
3
0,95
0,12
0,12
0,19
Consumo (Wh/min)
4
0,94
0,12
0,12
0,18
5
0,93
0,13
0,11
0,19
6
0,93
0,12
0,12
0,17
7
0,94
0,12
0,11
0,19
8
0,92
0,13
0,12
0,18
Quadro 5: Consumo de energia da bomba de vácuo Vacuubrand CVC 2000
Resultados
Semelhante ao funcionamento dos sistemas de aquecimento (ver aqui) o uso do vácuo
também tem um efeito imediato sobre o material e o consumo de energia de uma síntese e,
por conseguinte, afeta o seu potencial poluente. Devido ao fato de que muitas vezes a geração
de vácuo absorve a maior proporção no consumo total de energia de uma reação, vácuo só
deve ser empregado se outros métodos de separação não resultarem no efeito desejado.
Um alto consumo de água e análogo consumo de energia quando comparada as bombas de
vácuo resulta em uma maior poluição total das bombas de vácuo do tipo jato de água.
Portanto, bombas de vácuo devem ser utilizadas no lugar de bombas de vácuo do tipo jato de
água para geração de vácuo a partir do ponto de vista ecológico.
Entre o grande número de bombas de vácuo disponíveis, deve ser utilizados aquelas do ponto
de vista ecológico, que alterem sua capacidade de sucção através do controle da velocidade.
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