Durante picos de demanda hoteleira, limpeza centralizada em fábricas de-processamento de alimentos,-inicialização de linhas de enchimento-ou operação simultânea de vários equipamentos, a vazão instantânea pode subir muito acima da média normal.

O sistema UV pode permanecer ligado e o controlador pode não mostrar nenhuma falha na lâmpada, mas a água pode já estar passando pelo reator mais rápido do que a faixa operacional validada permite. A verdadeira questão não é se a lâmpada UV está funcionando, mas se cada porção da água ainda está recebendo a dose UV necessária.

Um sistema UV não deve, portanto, ser dimensionado apenas para vazão média. Ele deve manter o desempenho de desinfecção necessário quando o fluxo instantâneo máximo, a transmitância UV real mínima (UVT), o envelhecimento da lâmpada e outras condições desfavoráveis ​​ocorrerem juntos.

Por que o pico de fluxo afeta a desinfecção UV?

A desinfecção UV funciona apenas quando os microrganismos absorvem energia ultravioleta suficiente ao passar pelo reator. Em termos simplificados, a dose de UV pode ser expressa como:

Dose UV (mJ/cm²) ≈ Intensidade UV (mW/cm²) × Tempo de exposição (s)

O tempo médio de retenção hidráulica está relacionado à vazão:

Tempo de retenção ≈ Volume efetivo do reator ÷ Taxa de fluxo

Com o volume do reator e a saída de UV inalterados, uma vazão mais alta geralmente encurta o tempo que a água passa dentro do reator e pode reduzir a dose de UV fornecida.

A Inspeção de Água Potável do Reino Unido afirma que a dose de UV depende da irradiância e do tempo que a água permanece dentro do reator. Portanto, o fluxo máximo de projeto especificado pelo fabricante não deve ser excedido.

Fonte: Orientação sobre desinfecção UV DWI do Reino Unido

Num reator UV real, entretanto, não é exato assumir que um aumento de 40% no fluxo sempre produzirá uma redução de 40% na dose de UV. A distribuição hidráulica, a turbulência, a posição da lâmpada, a geometria do reator e os diferentes caminhos do fluxo através da câmara influenciam a dose final.

Os projetos de engenharia devem, portanto, basear-se numa Dose Equivalente de Redução (RED) validada, em vez de apenas cálculos teóricos.

Por exemplo, suponha que um reator UV tenha sido validado nas seguintes condições:

• Vazão máxima: 10 m³/h
• UVT mínimo: 85%
• Dose UV validada: 40 mJ/cm²
• Intensidade UV mantida acima do ponto de ajuste especificado

Se o pico de vazão real atingir 14 m³/h, o reator está operando fora da faixa validada. A dose restante de UV não pode ser determinada de forma confiável por simples extrapolação; a conclusão defensável é que os dados de validação originais já não garantem o desempenho da desinfecção.

Picos de fluxo-de curta duração não podem ser ignorados

Alguns operadores assumem que um pico que dure apenas alguns minutos terá pouco efeito na qualidade geral da água. Contudo, a desinfecção microbiana não é avaliada com base numa dose diária média.

Mesmo que o fluxo exceda a capacidade do reator por apenas um minuto, alguma água pode receber uma dose insuficiente de UV antes de entrar em um tanque de armazenamento, linha de produção ou rede de distribuição.

Para água potável, produção de alimentos e bebidas, produção farmacêutica e outras aplicações microbiologicamente sensíveis, mesmo um curto período de subdosagem deve ser tratado como um risco sistémico.

O desafio pode ser maior em aplicações de águas-superficiais, pluviais e residuais porque o pico de fluxo pode coincidir com maior turbidez, aumento de sólidos suspensos ou redução de UVT. O sistema então enfrenta dois problemas ao mesmo tempo:

• O movimento mais rápido da água reduz o tempo de exposição.
• O aumento da absorção de UV reduz a intensidade efetiva de UV na água.

Esta combinação é mais difícil de gerir do que apenas um aumento de fluxo.

Como um sistema UV deve responder ao pico de fluxo?

1. Meça o pico de fluxo real

Um sistema UV não deve ser selecionado simplesmente dividindo o consumo diário total de água por 24 horas. O valor de projeto relevante é o fluxo instantâneo máximo que pode passar através do reator UV.

O pico de fluxo pode ser causado por:

• Várias saídas de água abrindo simultaneamente
• Partida da bomba-ou troca de bomba
• Reabastecimento rápido-do tanque de armazenamento
• Limpeza CIP e enxágue de equipamentos
• Operação simultânea de-linha de enchimento
• Retrolavagem do filtro
• Mudanças de turno de produção
• Estação chuvosa-ou pico de fluxo de águas residuais

Para projetos comerciais e industriais, a abordagem preferida é usar um medidor de vazão ou registrador de dados para registrar o perfil de vazão real durante um período representativo e depois comparar os resultados com a capacidade máxima de saída da bomba.

O fluxo-classificado da bomba ou o consumo médio de água por si só podem não revelar o verdadeiro pico de fluxo através do reator UV.

2. Selecione o sistema UV para a pior-combinação de casos

O fluxo nominal de um sistema UV não é independente das condições operacionais. No mínimo, a seleção do sistema deve considerar:

• Fluxo instantâneo máximo
• Dose UV necessária
• UVT real mínimo
• Saída da lâmpada no final da vida útil da lâmpada
• Sujidade esperada na-manga de quartzo
• Perda de pressão no pico de fluxo
• Microrganismos alvo

O mesmo reator UV pode ter capacidades máximas de tratamento substancialmente diferentes a 90% de UVT e 70% de UVT.

Uma folha de dados informando "20 m³/h" é, portanto, insuficiente, a menos que também especifique o UVT correspondente, a dose alvo de UV e as condições de operação.

Para algumas aplicações de água-potável, os sistemas NSF/ANSI 55 Classe A usam uma dose de UV equivalente a pelo menos 40 mJ/cm² como um importante requisito de desempenho. No entanto, este valor não deve ser aplicado automaticamente a todos os projetos. A dose final necessária deve ser determinada de acordo com o risco da fonte-da água, os microrganismos alvo e as regulamentações locais aplicáveis.

Fonte: Documento Técnico da Health Canada

3. Ajuste dinamicamente a saída UV dentro da faixa validada

Para sistemas com flutuações de fluxo frequentes, o controle-de fluxo pode ser usado para combinar a saída de UV com a demanda.

Quando a taxa de fluxo aumenta, o controlador pode:

• Aumentar a potência da lâmpada
• Ative bancos de lâmpadas adicionais
• Iniciar módulos LED UVC adicionais

Quando o fluxo diminui, o sistema pode reduzir a produção para evitar consumo desnecessário de energia.

No entanto, o controle-de potência variável não pode expandir a capacidade do reator indefinidamente. Mesmo com as lâmpadas na potência máxima, a dose necessária pode não ser garantida caso a vazão ultrapasse o máximo validado.

A EPA dos EUA afirma que o monitoramento da dose de UV deve incorporar a taxa de fluxo, a intensidade de UV e o status da lâmpada. Alguns sistemas de-dose calculada também podem usar UVT e dados de potência-da lâmpada.

Fonte: Manual de orientação para desinfecção ultravioleta da EPA dos EUA

4. Use vários reatores UV em uma configuração paralela faseada

Para projetos comerciais e industriais com grandes variações de vazão, reatores UV paralelos escalonados podem oferecer maior flexibilidade do que um reator superdimensionado.

Por exemplo:

• Um reator opera durante períodos-de baixo fluxo.
• Um segundo reator inicia quando o fluxo aumenta.
• Vários reatores operam simultaneamente durante picos de demanda.
• Um reator é mantido como unidade de reserva.

Esse arranjo mantém cada reator dentro da faixa de vazão validada e reduz o uso desnecessário de energia durante períodos de-baixa vazão.

Os sistemas paralelos, entretanto, requerem um equilíbrio cuidadoso do fluxo. Se a resistência do ramo for diferente, um reator pode receber fluxo excessivo enquanto outro recebe muito pouco.

A tubulação deve, portanto, ser projetada com medidores de vazão, válvulas de balanceamento ou válvulas de controle automático adequadas.

5. Reduza o pico de fluxo com um tanque tampão ou equipamento-de controle de fluxo

Quando um pico elevado dura apenas brevemente, um tanque tampão pode ser instalado a montante do sistema UV. Uma bomba de frequência-variável pode então alimentar o reator com uma vazão mais estável.

Outras opções-de controle de fluxo incluem:

• Restritores de fluxo
• Válvulas reguladoras automáticas
• Bombas de-frequência variável
• Dispositivos-de controle de pressão

Esses dispositivos ajudam a evitar que o fluxo exceda o limite de tratamento do sistema UV.

UV não fornece desinfecção residual. Se um tanque de armazenamento for instalado após o reator, a água desinfetada ainda poderá ser recontaminada durante o armazenamento.

O tanque deve, portanto, ser projetado de forma higiênica, inspecionado e limpo regularmente. Em projetos-de maior risco, o estágio UV final pode ser instalado após o tanque de armazenamento e antes do ponto de uso.

O DWI do Reino Unido também observa que os UV não fornecem um resíduo desinfetante, tornando a gestão da higiene nos sistemas de armazenamento e distribuição particularmente importante.

Fonte: Orientação sobre desinfecção UV DWI do Reino Unido

Como devem ser selecionadas diferentes soluções de{0}fluxo de pico?

A seleção deve refletir a duração do pico, a magnitude e a frequência das oscilações de vazão, acompanhando as alterações-na qualidade da água, os requisitos de continuidade e o orçamento. Picos curtos e ocasionais podem ser gerenciados com buffer ou limitação de fluxo; flutuações frequentes podem ser adequadas ao controle do ritmo do fluxo; e requisitos amplos de redução ou redundância podem favorecer reatores paralelos escalonados. Em todos os casos, os intertravamentos devem impedir que a água tratada fora da faixa validada chegue aos usuários a jusante.

O que os compradores devem confirmar com um fornecedor de sistemas UV?

Os compradores devem perguntar mais do que "Quantos metros cúbicos por hora este sistema pode tratar?" Eles também devem confirmar:

1. Qual dose de UV é fornecida no fluxo nominal?
2. Sob qual condição UVT foi determinada a vazão nominal?
3. Os dados de desempenho levam em conta o envelhecimento da lâmpada e a incrustação-da luva de quartzo?
4. Quais são as vazões mínimas e máximas validadas?
5. Se a vazão ultrapassar o limite validado, o sistema acionará um alarme, fechará uma válvula, recirculará a água ou continuará a fornecê-la?
6. O controlador monitora fluxo, intensidade UV, UVT e dose validada em tempo real?
7. Qual é a perda de pressão no pico de fluxo?
8. É necessário um reator de reserva durante a manutenção ou falha da lâmpada?

Se um fornecedor fornecer apenas a potência da lâmpada e não puder especificar a dose de UV alvo, as condições de UVT ou o fluxo máximo validado, a classificação de potência por si só não demonstra um desempenho confiável de pico-de fluxo.

Conclusão

Gerenciar corretamente o pico de fluxo requer mais do que simplesmente aumentar a potência da lâmpada. Requer uma estratégia de controle completa:

Meça o pico de fluxo real, selecione o sistema para as piores-condições de água, ajuste a saída de UV dinamicamente dentro da faixa validada e use reatores paralelos, armazenamento temporário, limitação de fluxo e intertravamentos automáticos para evitar que água subdosada chegue ao sistema a jusante.

Ao avaliar um projeto de UV, a Agua Topone recomenda que os clientes forneçam o fluxo instantâneo máximo, o UVT mínimo, os dados relevantes-de qualidade da água, a dose de UV necessária e o padrão operacional real.

Somente avaliando essas condições em conjunto o projetista poderá determinar se o projeto precisa de um reator único maior, reatores paralelos escalonados ou uma solução UV completa com controle de fluxo e intertravamentos automáticos de segurança.

Um sistema UV não é confiável simplesmente porque suas lâmpadas permanecem acesas sob condições operacionais normais. Confiabilidade significa que cada porção de água ainda recebe a dose UV necessária durante as condições mais movimentadas e desfavoráveis.