Profº. Fabrício Dias · 2019. 12. 4. · 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

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: 2 – 3 m/sForça: 2


Vento: 8,5 – 11,5 m/sForça: 5



Vento: 17 – 20 m/sForça: 8

Vento: 20,5 – 23,5 m/sForça: 9



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 ?


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.


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)


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













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)



ANÁLISE DOS RESULTADOS – PETRÓLEO MÉDIO (SEM DISPERSANTE)


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


RESULTADOS COM DISPERSANTE – PETRÓLEO MÉDIO


RESULTADOS COM DISPERSANTE – PETRÓLEO PESADO


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 · 2019. 12. 4. · 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