Devido ao pequeno tamanho dos poros, fatores de concentração, dureza da membrana, compatibilidades químicas, além de outros fatores, tais como incrustação, escala e deterioração prematura da membrana, a eficiência do sistema pode ser afetada. Menos eficiência pode resultar em perda do fluxo, taxas mais baixas de rejeição, queda de pressões mais altas, diminuição na vida útil das membranas e altos custos operacionais.
Para o engenheiro químico Alexandre Magno, gerente de aplicação para membranas e osmose reversa da GE Water, a performance dos sistemas de membranas podem ser melhoradas com uma combinação de fatores, "a combinação de tratamento químico, ferramenta de engenharia, capacidades laboratoriais e conhecimento técnico podem melhorar os processos de separação por membrana para ajudar a alcançar o desempenho ótimo do elemento filtrante e trazer resultados muito favoráveis."
A GE pode otimizar o desempenho do elemento de membrana, segundo Alexandre: "Desde o mineral bruto até os centrados de minerais, a empresa oferece apoio para conseguir operações limpas, eficazes e rentáveis. Como parceiro estratégico de seu negócio, entregamos soluções completas para águas e processos, que ajudam a enfrentar os maiores desafios, atendendo os padrões ambientais, proporcionando locais de trabalho seguros e saudáveis, maximizando o rendimento, garantindo a qualidade dos produtos, salvaguardando os ativos críticos e reduzindo os custos da produção: operações de mineração, dimensionamento, recuperação de valor, transporte e administração de resíduos", explica.
Alexandre comenta ainda sobre todo o processo utilizado para a utilização das membranas: "Várias das principais ferramentas usadas na indústria estão também disponíveis para as membranas. Estas incluem o Argo Analyser Software usado para determinar o potencial da escala em sistemas de osmose reversa e Winflows Software usados para determinar as melhores condições de operação para diferentes tipos de membrana. Estas ferramentas são combinadas com arranjo de serviços analíticos superiores tais como análise da água, elementos de autópsia, análise de depósitos, teste de limpeza, teste piloto Sepa e exame microbiológico para garantir um sistema de monitoramento e resolução de problemas. Estas ferramentas irão permitir o mais alto retorno de investimento", finaliza Alexandre.
Seguindo esta mesma linha de raciocínio, a empresa Ecolab/Nalco trouxe ao mercado o conceito 3D Trasar^® que conta com mais de 20.000 instalações no mundo para aplicações de água de resfriamento, água de caldeira e operações de membrana.
Segundo a empresa a tecnologia 3D Trasar mede os parâmetros chave do sistema, detecta falhas e inicia ações corretivas para maximizar a eficiência operacional em sistemas de membrana. Segundo o fabricante, desde a primeira instalação em 2004, a tecnologia 3D Trasar contribuiu para que os clientes economizassem cerca de 438 bilhões de galões (1,66 trilhões de litros) de água, o suficiente para atender as necessidades anuais de água de mais de 17 milhões de pessoas.
"A tecnologia 3D Trasar associa química, serviços remotos e monitoramento e controle sofisticados para aperfeiçoar diversas operações industriais e auxiliar nossos clientes a conquistar seus objetivos de sustentabilidade para reduzir o consumo de água, aumentar a eficiência energética e diminuir o custo total das operações", afirmou David Flitman, vice-presidente executivo e presidente, Global Water and Process Services, da Ecolab/Nalco.
A empresa destaca ainda alguns benefícios da tecnologia 3D Trasar^®:
- Minimiza o uso de águas residuais através de recuperação melhorada;
- Economiza energia ao maximizar os resultados e diminuir as paralisações;
- Aborda de forma proativa diversos desafios de qualidade de água para maximizar sua qualidade de processo e de produto;
- Minimiza os custos de manutenção através do controle e otimização do programa de tratamento e do aumento potencial da vida da membrana reduzindo a frequência de limpeza e reduz o risco de dano acidental por cloro às membranas ao monitorar continuamente as alterações no ORP e responder aos picos acidentais.
Já para Marco Antonio Rodrigues, diretor técnico da Cygnus Consultoria, o grande diferencial para aumento da performance está na nanotecnologia, "A nova e refinada química baseada em nanotecnologia dos dendrímeros, desafia os produtos químicos modificadores de cristais tradicionais, que incluem: fosfatos, fosfonatos, quelantes, acrilatos, compostos halogenados, maleatos e ácidos carboxílicos como pré-tratamento em sistemas de osmose reversa ou de ultrafiltração. O desempenho, manuseio e vantagens logísticas únicas dos dendrímeros são particulares à estrutura molecular e sua aplicação como pré-tratamento em processos de filtração e purificação por membranas."

Dendrímeros
Na química sintética, dendrímeros são considerados "intermediários" entre moléculas comuns ou convencionais e a tradicional química de polímeros. A "química dendrimérica" (cascatas, arboróis e dendrímeros) está expandindo esses limites sintéticos. Essas moléculas/polímeros são fundamentadas na aplicação de progressões matemáticas para a síntese orgânica e, como tal, possuem uma topologia molecular bem definida.
Os dendrímeros são altamente ramificados. Essas macromoléculas tridimensionais possuem pontos de ramificação em cada unidade monomérica que são capazes de conduzir a estruturas com definidos números de geração e grupos funcionais terminais. Elas apresentam, ainda, elevado controle do peso molecular e da forma, o que proporciona a síntese de micelas unimoleculares.
Marco Antonio, da Cygnus Consultoria, explica o papel dos dendrímeros: "O termo dendrímero refere-se com uma estrutura altamente ramificada da macromolécula. Eles são sintetizados de um modo passo a passo, resultando em moléculas que são altamente ramificadas e de um peso molecular preciso. Diferentemente da maioria dos polímeros, os dendrímeros são tridimensionalmente dispostos em camadas. Esta característica única proporciona uma combinação preferível de alta complexidade e integridade estrutural."
E continua em sua explicação: "Os dendrímeros podem ser descritos como estruturas de ligação covalente em torno de um núcleo molecular, utilizando sequências de reações químicas de repetição para desenvolver grupos funcionais matematicamente precisos e massa em seu término. O dendrímero consiste em quatro componentes principais:
1) Uma unidade de núcleo central; 2) Braços de tamanho idêntico; 3) Ligação ou pontos ramificados; 4) Grupos funcionais no fim.

Normalmente a arquitetura dendrítica existente é comumente observada na natureza. É evidente nos padrões de relâmpagos, cristais de neve, galhos de árvores, e os sistemas vasculares dos animais. A engenharia presente na molécula do dendrímero é sinteticamente utilizada em muitas aplicações químicas, tais como sistemas de entrega de drogas que utilizam as proteínas na forma dendrítica. Os dendrímeros são preferidos em aplicações de alta tecnologia, devido à sua estrutura e integridade. Tais características são também altamente desejáveis em aplicações de tratamento de água."
A ciência dos polímeros tradicionais evoluiu em torno da utilização de módulos de reativos para produzir grandes moléculas unidimensionais de vários comprimentos: "Tal desenho molecular de cadeia linear, no entanto, é inerentemente impreciso e variações críticas em tamanho, as posições atómicas, conectividade covalente, ou formas moleculares tipicamente ocorrem. Em contraste, os dendrímeros têm feixes discretos, quantificáveis conhecidos por serem matematicamente exatos. O resultado é mais específico, previsível e confiável integridade do dendrímero, o que é vantajoso no controle da química da água", explica Marco.

Comparação da nanotecnologia dendrítica x tecnologia convencional em aplicações em sistemas de osmose reversa
Segundo Marco da Cygnus os dendrímeros se comportam de maneira diferente a partir de moléculas lineares devido à sua geometria única. Em solução, o volume ocupado de um dendrímero varia de forma cúbica com o aumento do tamanho. No entanto, a massa aumenta exponencialmente. Esta diferença de densidade leva a uma solubilidade melhorada, a reatividade e a viscosidade quando comparada com as moléculas lineares. Na verdade, este aumento na solubilidade aumenta a capacidade dos dendrímeros em água, em comparação com um isómero linear. Uma vez que os dendrímeros apresentam viscosidade muito inferior aos isómeros lineares convencionais, ou seja, um aumento de solubilidade é geralmente observado no sistema.
A Cygnus desenvolveu um estudo comparativo e o gráfico abaixo demonstra a melhoria do desempenho do sistema de membrana usando um anti-incrustante com base em dendrímero contra um homopolímero de cadeia linear para controlar constituintes inorgânicos.
Caso de exemplo: Um sistema de osmose reversa de uma empresa de saneamento municipal produz 226 m³/h operando com um homopolímero de cadeia linear entre janeiro de 2001 e julho de 2001. Durante esse período, o sistema de membrana exigiu limpezas em 6 ocasiões. Em Julho de 2001, o homopolímero de cadeia linear foi substituído por um anti-incrustante com base em dendrímero. Como resultado, o sistema de limpeza necessária apenas uma vez durante os subsequentes 9 meses. Além disso, após a limpeza, a planta mantém um fluxo de permeado elevado e uma pressão diferencial inferior.

Vantagens dos dendrímeros
Marco da Cygnus destaca ainda as vantagens distintas dos dendrímeros em relação a modificadores de cristais convencionais:
- Os dendrímeros têm uma maior área de superfície e uma significativa maior quantidade de grupos funcionais para o controle de componentes inorgânicos, em comparação com os produtos químicos tradicionais. Esta maior área de superfície (interna e externa) produz uma maior capacidade de carga, o qual pode controlar uma ampla gama de metais e moléculas orgânicas ou inorgânicas.
- Altamente concentrados e intrinsecamente eficientes pelo desenho, os dendrímeros podem ser utilizados à razão de um décimo da dosagem de homopolímeros padrão. Esta vantagem permite aos usuários reduzir manipulação química logística por onze vezes em comparação com inibidores de incrustação tradicionais.
- Fosfatos e fosfonatos não são necessários em formulações dendrímicas. Na verdade, estes podem ser omitidos para reduzir os riscos do crescimento biológico no sistema e diminuir o impacto ambiental.
- Embora as dosagens de homopolímeros lineares sejam muitas vezes aumentados para melhorar o controle de depósitos, tal como com BaSO₄, a sua instabilidade inerente pode afetar a solubilidade. Tais inibidores de corrosão tradicionais são vinte vezes menos estáveis do que os dendrímeros e irão sujar as membranas em uma overdose. Os dendrímeros, no entanto, são estáveis em concentrações tão altas como 1.000 ppm o que protege os usuários em situações de overdose acidental ou em casos que exigem doses mais elevadas.
- A estrutura molecular dendrítica tem maior atividade em intervalos de TDS elevados devido a um impacto reduzido de pressão osmótica com base na sua característica de estabilidade. Inibidores de incrustação convencionais tendem a perder solubilidade em ambientes de TDS elevados, o que pode levar o sistema a um estresse de solubilidade.
- Mais importante ainda, enquanto modificadores de cristal tradicionais adsorvem cristais inorgânicos e são desenvolvidos para desestabilizar o crescimento de cristais, os dendrímeros são únicos na medida em que impedem totalmente a formação de cristais, controlando os íons individuais antes que os cristais se formem, utilizando a estrutura dendrítica. Tal prevenção (em oposição a modificação) de formação de cristais é caracteristicamente mais eficiente, em última análise, a redução de depósitos na membrana.

Contato das empresas
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GE Water: www.gewater.com
Ecolab/Nalco: www.ecolab.com