Eliminação segura de emulsões contendo petróleo

Na vida quotidiana, as emulsões encontram-se habitualmente em produtos como os cosméticos ou alimentos como a maionese. No entanto, as emulsões à base de petróleo são também muito utilizadas na indústria - por exemplo, em fluidos de refrigeração ou lubrificação. Os rigorosos regulamentos europeus e nacionais relativos às águas residuais proíbem a entrada destas substâncias no ambiente. "Para poder eliminar estes materiais, o óleo e a água têm primeiro de ser separados. Isto é feito utilizando aditivos que decompõem a emulsão nos seus componentes. Idealmente, é visível uma linha de separação clara entre os dois componentes - a fase oleosa e a fase aquosa. A água pode então ser drenada e eliminada separadamente do óleo", explica Frank Ferrick Nokam Waffo. Estudou Engenharia de Processos e Tecnologia Energética em Bremerhaven e dedicou a sua tese de mestrado na HFM Horst Fuhse Mineralölraffinerie GmbH à eliminação de emulsões à base de petróleo. A empresa é especializada no manuseamento e eliminação de óleos usados e lubrificantes de refrigeração.

O processo atual é muitas vezes moroso

Apesar dos sistemas avançados de tratamento de águas residuais, continua a ser difícil detetar com precisão a fronteira entre o óleo e a água devido a factores como a emulsificação, os caudais flutuantes e as concentrações variáveis de óleo. Atualmente, os funcionários recolhem amostras e realizam inspecções visuais manualmente, um processo propenso a erros. Se o óleo entrar na fase aquosa, isto resulta num trabalho moroso, trabalhoso e dispendioso para esvaziar e limpar partes do sistema de tratamento de águas residuais. Uma solução automatizada poderia remediar esta situação - mas enfrenta um grande desafio: o sensor utilizado deve detetar de forma fiável e precisa onde se encontra o limite entre o óleo e a água. Isto varia com cada emulsão, dependendo de factores como o país de origem do óleo e o seu conteúdo. Uma solução potencial é um sensor que detecta se está coberto por água ou óleo e abre ou fecha a válvula de drenagem magnética em conformidade.

Frank Ferrick Nokam Waffo testou com sucesso os sensores digitais e analógicos. "Os resultados mostram que o sensor digital, através de um ajuste cuidadoso dos seus limiares de comutação e reinicialização, foi capaz de distinguir eficazmente as interfaces óleo-água, apesar das variações na composição da emulsão. Esta calibração refinada, combinada com um controlo preciso do tempo, produziu resultados de separação consistentes e repetíveis - criando fases claras de óleo e água", explica Waffo. No entanto, ele também observou algumas limitações práticas: "O ponto de reinicialização que controla a válvula apresentou um comportamento irregular e imprevisível, em parte devido à complexidade da estabilidade da emulsão. Além disso, a válvula de drenagem magnética tinha tendência para se colar ao manusear emulsões de óleo de alta viscosidade, exigindo ocasionalmente uma intervenção manual."

Resultados promissores

Apesar das limitações, Waffo está muito satisfeito com os seus resultados. "É possível criar um sistema prático e automatizado de separação de emulsões utilizando tecnologia PLC padrão e medição de nível capacitivo. Este pode ser adaptado a diferentes propriedades de emulsão, ajustando sistematicamente os sensores. Os sensores ainda precisam de ser recalibrados de cada vez. Um sistema verdadeiramente autónomo teria de se adaptar a uma combinação de parâmetros que determinam a estabilidade da emulsão", explica o licenciado. Para além do tipo de óleo, estes parâmetros incluem a temperatura, a viscosidade, o valor do pH, o teor de água original e a duração e intensidade do processo de mistura. Um processo de mistura de duas horas com dispositivos diferentes pode conduzir a resultados muito diferentes: uma intensidade mais elevada produz gotículas mais pequenas, o que conduz a emulsões muito mais estáveis e mais difíceis de separar. Também é importante notar que as emulsões variam consoante o país de origem do óleo. "Diferentes óleos têm diferentes proporções de componentes, como asfaltenos ou resinas, que actuam como emulsionantes naturais. Estes componentes estabilizam a interface entre o óleo e a água e alteram significativamente o comportamento da emulsão durante o processo de separação automatizado."

A tecnologia correta também é importante neste contexto. "Um sistema preparado para o futuro deve, idealmente, utilizar a fusão de sensores e combinar medições capacitivas com outras tecnologias, tais como sensores de densidade ou ópticos. Ao utilizar algoritmos de aprendizagem automática, o sistema poderia adaptar-se automaticamente a estes parâmetros combinados e utilizar actuadores pneumáticos para processar emulsões altamente viscosas de forma fiável e sem intervenção manual", conclui Waffo, que continua a trabalhar na HFM Horst Fuhse Mineralölraffinerie GmbH como gestor adjunto de operações técnicas após a conclusão do curso.