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Simulação de derrame e comportamento do
petróleo para identificação da influência das
condições climáticas e eficácia do dispersante
químico na escolha da técnica de combate ao
derrame de petróleo no mar
@proffabriciodias
Profº. Fabrício Dias
E-mail: [email protected]
CurrículoFabrício da Costa Dias
• Doutorado em Engenharia (UFF), Mestrado em Engenharia (UFF), graduado em Química Industrial, Engenharia de Produção e Licenciatura em Química;
• Trabalhando a mais de 17 anos no Centro de Pesquisas da Petrobras na gerência de Avaliação de Petróleos, na área de gestão: Projetos de P&D; Planejamento Estratégico; Termo de Cooperação com Universidades (cláusula ANP); e na área técnica: Caracterização e Avaliação de Petróleos; e Simulação de Derrame de Petróleo;
• Atuação em projetos acadêmicos, com apoio à alunos de graduação e pós-graduação, e programas de extensão envolvendo as melhores práticas de Organização Industrial, Gestão de Projetos, Logística, Qualidade, Planejamento Estratégico, Inovação Tecnológica e Derrame de Petróleo;
• Professor da Universidade Veiga de Almeida (UVA) nas disciplinas de Regulamentação e Legislação de Petróleo, Planejamento Estratégico, Monografia, Logística, Química do Petróleo e Gestão Integrada da Cadeia Logística (MBA).
• Professor da Unigranrio das disciplinas de Projeto de Engenharia, Gestão da Tecnologia e Inovação, Organização Industrial e Planejamento Estratégico.
Top 5 derrames no mundo
Números de acidentes 1970-2018
Fonte: ITOPF (2019)
INTEMPERIZAÇÃO DO PETRÓLEO NO MAR
Biodegradação
Emersão das gotas maiores Solubilização
CLASSIFICAÇÃO DO PETRÓLEO
TIPO DE PETRÓLEO ºAPI
Petróleo Leve > 31
Petróleo Médio 22 até 31
Petróleo Pesado < 22
Classificação do petróleo segundo critérios da ANP
CONDIÇÕES DO MAR
COMPRIMENTO
VENTO
NÍVEL DO MAR
ALTURA
CRISTA
Fonte: Batalha (2018)
ESCALA DOUGLAS
Vento: 0 – 0,5 m/sForça: 0
Vento: 3,5 – 5 m/sForça: 3
Vento: 3,5 – 5 m/sForça: 1
Vento: 2 – 3 m/sForça: 2
Vento: 5,5 – 8 m/sForça: 4
Vento: 8,5 – 11,5 m/sForça: 5
Vento: 11 – 13,5 m/sForça: 6
Vento: 14 – 16,5 m/sForça: 7
Vento: 17 – 20 m/sForça: 8
Vento: 20,5 – 23,5 m/sForça: 9
Vento: 24 – 27,5 m/sForça: 10
Vento: 28 – 31,5 m/sForça: 11
Fonte: Cheng et. al (2010)
Perguntas:
O vento ou mar influenciam o intemperismo do petróleo ?
Qual influencia mais ?
O uso de dispersante químico ajuda o intemperismo ? Em que momento ele deve ser aplicado ?
INTEMPERIZAÇÃO DO PETRÓLEO NO MAR
Biodegradação
Emersão das gotas maiores Solubilização
ESCALA DE TEMPO DOS PROCESSOS DE INTEMPERIZAÇÃO
Arraste pelacorrenteza
Evaporação
Dissolução
Foto OxidaçãoBiodegradaçãoSedimentação
EmulsãoÁgua em óleo
DispersãoÓleo em água
Espalhamento
Dias Semanas Meses Anos
Emulsão estável “mousse”
Fonte: Montewka, Weckström e Kujala (2013)
ESPALHAMENTO DO PETRÓLEO NO MAR
Depende da viscosidade do petróleo e condições do mar
• Favorece a evaporação e dispersão• Torna a operação de recuperação mais difícil
Consequências
Classificação da aparência do óleo (Acordo de Bonn 2004)
Descontinuidade da cor verdadeira do petróleoEspessura: 50-200 μmQuantidade: 50-200 m3/km2
Cor verdadeira do petróleoEspessura: > 200 μmQuantidade: > 200 m3/km2
MetálicaEspessura: 5-50 μm (0,005 – 0,05 mm)Quantidade: 5-50 m3/km2
Arco IrisEspessura: 0,3-5 μmQuantidade: 0,3-5 m3/km2
Brilhante (prata ou cinza)Espessura: 0,05-0,3 μmQuantidade: 0,05-0,3 m3/km2
Correlação Viscosidade x espessura
EVAPORAÇÃO
• Reduz o volume de poluentes na superfície do mar• Primeiras horas, risco de explosão / incêndio• Aumenta a viscosidade e densidade da fração de petróleo remanescente no mar
Consequências
Depende da natureza do petróleo (curva PEV e Pressão de vapor), do espalhamento da mancha (viscosidade) e das condições do mar
Petróleos - Evaporação da mancha (%)Velocidade do vento: 10 m/s
Médio
Médio
Médio
Pesado
Leve
Fonte: Fingas (2014)
DISPERSÃO
Depende da natureza do petróleo, do espalhamento da mancha e das condições do mar
ConsequênciasParte do petróleo é transferida para a coluna d’água
ImpactoAbsorção de compostos tóxicos pela biota marinha
Emulsão água/óleo
• Aumento do volume de poluente em até 4 vezes
Consequências
ImpactoRisco de asfixia de mamíferos e aves marinhas
• Com aumento da viscosidade a, operação de bombeio de recolhimento da emulsão fica muito difícil
• Reduz a eficiência da dispersão química
Relacionado à presença de asfaltenos no petróleo e condições do mar
SOLUBILIZAÇÃO DE COMPOSTOS DE PETRÓLEO NO MAR
SOLUBILIZAÇÃO
Depende da polaridade e tamanho das moléculas existentes no petróleo
ImpactoAbsorção de compostos tóxicos pela biota marinha
Quantidade máxima que uma substância pode se dissolver em um líquido.
INTEMPERIZAÇÃO DO PETRÓLEO NO MAR
Sedimentação
O impacto ambiental migra da superfície para o fundo do mar.
A Sedimentação não elimina o petróleo O petróleo submerso permanece como fonte crônica de
liberação de compostos tóxicos Em algum momento o poluente aparecerá novamente
Consequências
Depende da densidade do petróleo intemperizado e das condições ambientais (temperatura, salinidade e materiais em suspensão)
INTEMPERIZAÇÃO DO PETRÓLEO NO MAR
Biodegradação
Depende da composição do petróleo e das condições ambientais (presença de bactérias, fonte NPK e O2)
Consequências• Parte do petróleo é metabolizado por microrganismos • Processo lento que ocorre em baixas concentração de óleo
FotoxidaçãoATUA PRINCIPALMENTE EM COMPOSTOS AROMÁTICOS E CONTRIBUI PARA A
REDUÇÃO DA TENSÃO INTERFACIAL
• Manchas de petróleo de espessura fina Formação de subprodutos mais
solúveis
• Petróleos viscosos e emulsões Formação de estrutura de difícil
decomposição semelhante ao asfalto
Simulação do cenário de aplicação
Bacia de Campos – Rio de Janeiro;
Tipo de petróleo: leve, médio e pesado;
Alteração de condições climáticas (vento e onda);
Software de simulação: ADIOS®;
Uso de dispersante.
Revisão da Literatura:
• Metodologia: Preferred Reporting
• Items for Systematic reviews and
• Meta • Analyzes
(PRISMA);
• Base expandida Periódicos CAPES.
ANÁLISE DOS RESULTADOS
ADIOS® (Automated Data Inquiry for Oil Spills)
Agência ligada ao Departamento de Comércio Americano, com mais 200 anos. Seus objetivos são compreender e prever mudanças climáticas ligadas a oceanos e costa, e compartilhar esse conhecimento para conservar e gerenciar ecossistemas, recursos costeiros e marinhos.
Parâmetros de entrada:
Propriedades do petróleo;
Curva de destilação do petróleo;
Condições climáticas (vento e onda);
Salinidade, teor de água e sedimentos;
Vazamento contínuo;
Duração do vazamento de 5 dias;
Quantidade do vazamento 527 barris de petróleo;
Dispersante Ultrasperse II (eficiência 14%).
Parâmetros de entradaPROPRIEDADES
PETRÓLEO
LEVE
PETRÓLEO
MÉDIO
PETRÓLEO
PESADO
MÉTODO DO
ENSAIO
Grau ºAPI46,4 26,7 15,1 ISO 12185
Densidade relativa (a 20/4°C)0,7915 0,8907 0,9618 ISO 12185
Ponto de Fluidez (ºC) -21 -12 0 ASTM D 5853
Viscosity at 20C (68F) (cSt) (mm2/s) 3,374 48,56 --- ASTM D 7042
Viscosity at 30C (86F) (cSt) (mm2/s) 2,534 31,17 --- ASTM D 7042
Viscosity at 40C (104F) (cSt) (mm2/s) --- 20,88 2606 ASTM D 7042
Viscosity at 50C (122F) (cSt) (mm2/s) --- 14,77 1138 ASTM D 7042
VBALIC5 (Iso-Pentane (v/v)) - Acumulado 4,71% 2,39% 1,14% ASTM D2892
VBALNC5 (N-Pentane (v/v)) - Acumulado 7,90% 3,78% 1,35% ASTM D2892
VBAL050 (Volume Yield (v/v) - Acumulado 8,55% 4,13% 1,41% ASTM D2892
VBAL075 (Volume Yield (v/v) - Acumulado 14,00% 6,22% 2,17% ASTM D2892
VBAL095 (Volume Yield (v/v) - Acumulado 18,30% 7,79% 2,77% ASTM D2892
VBAL125 (Volume Yield (v/v) - Acumulado 26,24% 10,39% 3,72% ASTM D2892
VBAL149 (Volume Yield (v/v) - Acumulado 34,06% 13,23% 5,07% ASTM D2892
VBAL200 (Volume Yield (v/v) - Acumulado 45,05% 18,91% 8,40% ASTM D2892
VBAL250 (Volume Yield (v/v) - Acumulado 53,26% 25,39% 12,40% ASTM D2892
VBAL300 (Volume Yield (v/v) - Acumulado 60,45% 32,62% 17,34% ASTM D2892
VBAL350 (Volume Yield (v/v) - Acumulado 67,06% 40,46% 23,70% ASTM D2892
VBAL400 (Volume Yield (v/v) - Acumulado 73,27% 48,84% 31,77% ASTM D2892
VBAL450 (Volume Yield (v/v) - Acumulado 79,06% 57,91% 40,78% ASTM D5236
VBAL500 (Volume Yield (v/v) - Acumulado 84,26% 67,24% 49,94% ASTM D5236
VBAL550 (Volume Yield (v/v) - Acumulado 88,70% 75,88% 59,06% ASTM D5236
Curva de destilação e propriedade do petróleo
Parâmetros de entrada
Petróleo Leve = 46,4ºAPIPetróleo Médio = 26,7ºAPIPetróleo Pesado = 15,1ºAPI
Temperatura da água = 20ºCSalinidade = 32 g/kgÁgua e sedimentos = 5 mg/l
T1 Tempo BomT2 Tempo Bom com marulhosT3 Mau tempo com direção SWT4 Mau tempo com direção SE
Condições T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8Vento (m/s) 5,0 5,0 25,0 10,0 10,0 1,0 30,0 1,0Onda (m) 1,5 3,0 3,0 2,5 0,0 2,5 0,0 10,0
ANÁLISE DOS RESULTADOS – PETRÓLEO LEVE (SEM DISPERSANTE)
ANÁLISE DOS RESULTADOS – PETRÓLEO MÉDIO (SEM DISPERSANTE)
ANÁLISE DOS RESULTADOS – PETRÓLEO PESADO (SEM DISPERSANTE)
ANÁLISE DOS RESULTADOS – PETRÓLEO LEVE (SEM DISPERSANTE)
T1 Tempo BomT2 Tempo Bom com marulhosT3 Mau tempo com direção SWT4 Mau tempo com direção SE
T1 Tempo BomT2 Tempo Bom com marulhosT3 Mau tempo com direção SWT4 Mau tempo com direção SE
ANÁLISE DOS RESULTADOS – PETRÓLEO MÉDIO (SEM DISPERSANTE)
T1 Tempo BomT2 Tempo Bom com marulhosT3 Mau tempo com direção SWT4 Mau tempo com direção SE
ANÁLISE DOS RESULTADOS – PETRÓLEO PESADO (SEM DISPERSANTE)
TÉCNICAS DE COMBATE PARA DERRAME NO MAR
Remoção mecânica Dispersante químico
Barreira de contenção para proteção de áreas sensíveis
Queima controlada
REMOÇÃO MECÂNICA DE DERRAME NO MAR
Redução da eficiência de remoção quando viscosidade > 20000 mpas (cP)
Aumento do risco de vazamento pela barreira de contenção quando a viscosidade < 1000 mpas (cP)
A eficiência da remoção mecânica também é bastante influenciada pelas correntes marinhas e altura das ondas
MédioMédioMédioPesadoLeve
Fonte: Etkin (2018)
USO DE DISPERSANTEDispersante: misturas de surfactantes + solventes (reduz viscosidade e solubiliza o surfactante).
Objetivo: Intensificar o processo de intemperização por dispersão, atuando na redução de tensão interfacial.
Dispersante
Mancha de óleo
Colonização de bactérias nas gotas de óleo
Moléculas de surfactantes reduzem a tensão interfacial possibilitando a dispersão de pequenas gotas de óleo na coluna de água
Moléculasurfactante
Afinidade pela água
Afinidade pelo óleo
Fonte: Mishra e Kumar (2015)
RESULTADOS COM DISPERSANTE – PETRÓLEO LEVE
T1 Tempo BomT2 Tempo Bom com marulhosT3 Mau tempo com direção SWT4 Mau tempo com direção SE
RESULTADOS COM DISPERSANTE – PETRÓLEO MÉDIO
T1 Tempo BomT2 Tempo Bom com marulhosT3 Mau tempo com direção SWT4 Mau tempo com direção SE
RESULTADOS COM DISPERSANTE – PETRÓLEO PESADO
T1 Tempo BomT2 Tempo Bom com marulhosT3 Mau tempo com direção SWT4 Mau tempo com direção SE
EVOLUÇÃO DA COMPOSIÇÃO DOS DISPERSANTES
Fonte: Etkin (2018)
RISCO DO USO DE DISPERSANTE
Peixes Estudos de laboratório demonstraram que óleo disperso são tóxicos em todos os estágios da vida (ovos, larvas e peixes). Corais Dispersantes e óleo dispersado são particularmente tóxicos para os corais, levando cientistas a pedirem a proibição do uso de dispersantes perto de recifes de corais. Dispersantes e óleo dispersado prejudicam os primeiros estágios dos corais, aumentando as taxas de mortalidade. (RESOLUÇÃO CONAMA 472/2015 proibe uso de dispersante em áreas sensíveis)
Tartarugas marinhasDispersantes podem afetar seus órgãos e interferir na digestão, excreção e respiração.
Aves Dispersantes danificam as propriedades de isolamento das penas de aves marinhas mais do que o óleo não tratado, tornando as aves mais suscetíveis à hipotermia e à morte. Também mostraram ter efeitos tóxicos em ovos de aves que são similares ou piores do que o óleo não tratado.
Riscos para os seres humanos Um dos agentes de dispersão utilizados no vazamento da BP, COREXIT 9527A, contém a toxina 2-butoxietanol que pode causar lesões às células vermelhas do sangue (hemólise), rim ou fígado. O Corexit 9527 foi pulverizado na mancha de óleo de 11 milhões de galões do vazamento do Exxon Valdez. Os trabalhadores de limpeza teriam sofrido problemas de saúde, incluindo sangue na urina, bem como distúrbios renais e hepáticos.
Técnica
Águas abertas
Costeiras Oceânicas
Bombeamento à vácuo √*
Recolhimento manual √ √
Absorventes √
Limpeza natural √ √
Barreiras, esteiras, skimmers √
Dispersantes √* √*
Conclusões:• Quanto mais pesado o petróleo menores são taxas de
evaporação;
• Verificou-se que o vento é a condição climática que colabora para a redução da quantidade de petróleo remanescente no mar;
• Analisando todos os parâmetros é possível interpretar que em média o volume de petróleo que permanece no mar é de 47%;
• A aplicação de dispersante sobre os petróleos característicos (leve, médio e pesado), e nas condições climáticas utilizadas neste estudo são pontuais.
Dúvidas ?
Sugestões ?
Críticas ?
Comentários ?
Simulação de derrame e comportamento do
petróleo para identificação da influência das
condições climáticas e eficácia do dispersante
químico na escolha da técnica de combate ao
derrame de petróleo no mar
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Profº. Fabrício Dias
E-mail: [email protected]