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UTILIZAÇÃO DE SALMOURA COMO ALTERNATIVA
PARA O TRATAMENTO DA ÁGUA DE LASTRO
Luan Dal Bó
Projeto de Graduação apresentado ao
Curso de Engenharia Naval e Oceânica da
Escola Politécnica, Universidade Federal
do Rio de Janeiro, como parte dos
requisitos necessários à obtenção do título
de Engenheiro Naval.
Orientador: Alexandre Teixeira de Pinho
Alho
RIO DE JANEIRO – BRASIL
SETEMBRO DE 2019
iii
Dal Bó, Luan
UTILIZAÇÃO DE SALMOURA COMO
ALTERNATIVA PARA O TRATAMENTO DA
ÁGUA DE LASTRO/ Luan Dal Bó. – Rio de Janeiro:
UFRJ/Escola Politécnica, 2019.
X, 49 p. 29,7 cm.
Orientador: Alexandre Teixeira de Pinho Alho
Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola
Politécnica/Curso de Engenharia Naval e Oceânica,
2019.
Referências Bibliográficas: p. 64 – 66
1. Água de Lastro. 2. Salmoura. 3. Meio Ambiente
Marinho. I. ALHO, A. T. II. Universidade Federal do
Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia
Naval e Oceânica. III. Título
iv
AGRADECIMENTOS
Gostaria de agradecer, primeiramente os meus pais que sempre me apoiaram em
todos os momentos da minha vida, principalmente durante a minha graduação. Os sábios
conselhos e todo aporte de carinho dado por eles foram essenciais para superar cada
desafio enfrentado até o momento. Além dos meus pais, gostaria de agradecer a toda
minha família por estar sempre me ajudando no que precisei.
Agradeço a minha namorada Sabrina, que em muitos momentos durante essa minha
jornada, teve paciência e empatia para entender a minha ausência durante os longos
períodos de estudo.
Gostaria também de agradecer aos amigos da minha cidade natal Tietê, que, ainda
durante o ensino médio, me incentivaram e deram forças para não desistir do meu sonho
de me tornar Engenheiro Naval. Em especial, agradeço Luis Uliana e José Baggio pelo
gesto de solidariedade que tiveram comigo e que foi de suma importância para a minha
vinda para o Rio de Janeiro.
Ainda falando de amigos, gostaria de agradecer aos amigos de faculdade Lyang,
Bruno, João, Victor, Emerson, Marianna, Thomas, Filipe, Charles e a todas as outras
amizades que eu fiz durante a minha graduação, os quais espero tê-los como amigos por
muito tempo. Gostaria de fazer um agradecimento em especial para Vivian e Ricardo,
pais do meu amigo Victor, que foram extremamente solidários comigo quando passei por
um momento de dificuldade ainda no começo da graduação. O gesto deles, assim como a
do Victor, permitiu que eu desse sequência aos meus estudos.
Por último, mas não menos importante, agradeço ao meu professor e orientador
Alexandre Alho, por todo o conhecimento que ele transmitiu durante as suas aulas e
principalmente, por ter ouvido e incentivado a ideia que deu origem a esse projeto.
v
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte
dos requisitos necessários a obtenção do grau de Engenheiro Naval
UTILIZAÇÃO DE SALMOURA COMO ALTERNATIVA PARA O
TRATAMENTO DA ÁGUA DE LASTRO
Luan Dal Bó
Setembro/2019
Orientador: Alexandre Teixeira de Pinho Alho, D. Sc.
Curso: Engenharia Naval e Oceânica
Quando se fala em navio, não é apenas a poluição atmosférica que gera
preocupação. Uma das questões mais estudadas e discutidas nos últimos anos é a invasão
de microrganismos marinhos através do descarte da água lastro. A operação de captar
água de um porto e descartá-la quando adentra a um outro porto, vem trazendo diversos
problemas tanto para o meio ambiente marinho como para a economia global.
O objetivo desse trabalho é investigar o potencial da salmoura como tratamento
para a água de lastro e verificar formas de implementá-la a bordo. Para essa análise será
avaliado a eficiência da salmoura como biocida de microrganismos marinhos, assim
como, de vírus, fungos e bactérias. Após, considerações complementares serão realizadas
de forma a avaliar os possíveis impactos que o método proposto pode trazer ao ambiente
e a embarcação. Por fim, um sistema de tratamento usando salmoura será dimensionado
com o intuito de se determinar o tempo de tratamento demandado por essa solução.
O sistema trabalhará com a adição da salmoura diretamente aos tanques de lastro.
A água doce gerada também poderá ser utilizada como lastro para aumentar a eficiência
do sistema. A geração de salmoura será feita por dois sistemas, osmose reversa e
destilação, sendo que os destiladores a vácuo aproveitarão o calor rejeitado na praça de
máquinas para gerar água doce e salmoura.
vi
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of
the requirements for the degree of Naval Architect and Marine Engineer.
USE OF BRINE AS AN ALTERNATIVE FOR BALLAST WATER TREATMENT
Luan Dal Bó
September/2019
Advisor: Alexandre Teixeira de Pinho Alho, D. Sc.
Course: Naval and Ocean Engineering
When talking about a ship, air pollution is not the only reason for concern. In recent
years, the invasion of marine microorganisms through the disposal of water ballast has
been highly discussed and subject of several studies. The operation of fill the ballast tanks
with water in a port and discarding it when entering in another port has brought several
problems both for the marine environment and for the global economy.
The purpose of this study is to investigate the use of brine as treatment for ballast
water treatment and to verify possible ways to implement in ships. For this verification,
the efficiency of the brine in the elimination of marine species will be evaluated, as well
as viruses, fungi and bacteria. After, complementary considerations will be accomplished
in order to evaluate the possible impacts that may occur, because of the brine, for the
environment and ship. Lastly, a treatment system using brine will be sized in order to
determine the treatment time required by this solution,
This system will work putting brine directly in ballast tanks. The fresh water
produced may also be used as ballast water to decrease the treatment time of the system.
The brine production will be done by two systems, reverse osmosis and distillation, and
the vacuum desalination will use the waste heat from the engine room to produce fresh
water and brine.
vii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Arranjo típico dos sistemas de lastro. ............................................................... 2
Figura 2: Exemplo de grelha instalada na captação de água de externa........................... 2
Figura 3: Coral Sol (à esquerda) e o Mexilhão Dourado (à direita). ................................ 5
Figura 4. Processo de aceitação de uma nova tecnologia de tratamento de água de lastro.
.......................................................................................................................................... 9
Figura 5. Esquematização do funcionamento de uma embarcação Ballast Free. .......... 14
Figura 6. Comparativo da eficiência biocida dos sais contidos na água do mar e o NaCl.
LC50: concentração em mS/cm para a mortalidade de 50% ou mais dos indivíduos. Fonte:
Kefford, et al., (2004) - Comparing Test Systems to Measure the Salinity Tolerance of
Freshwater Invertebrates................................................................................................. 21
Figura 7. Variação da taxa de corrosão de diferentes tipos de aço para diferentes
concentrações salinas: condição aerada e desaerada (Fonte: Onyeji et al., 2017). ........ 28
Figura 8. Taxa de corrosão para diferentes tempos de exposição a soluções salinas (Fonte:
Onyeji et al., 2017) ......................................................................................................... 29
Figura 9. Equinox Voyager e Spar Scorpio (à direita) (Fonte: marinetraffic.com). ....... 30
Figura 10. Ponto de operação do motor selecionado como modelo (Fonte: WINGD). . 31
Figura 11. Balanço térmico e configuração do sistema de resfriamento do motor de
propulsão – Equinox Voyager (Fonte: WINGD). .......................................................... 32
Figura 12. Relação de estágios de dessalinização e quantidade de calor requerida por
tonelada de água doce gerada (fonte: Wätsilä) ............................................................... 33
viii
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Comparativo das exigências para o tratamento da água de lastro: IMO e órgãos
regulamentadores canadenses. .......................................................................................... 8
Tabela 2. Concentrações médias de íons constituintes da salmoura (BRADIE, 2009). . 18
Tabela 3. Concentrações médias de íons constituintes da água do mar. ........................ 18
Tabela 4. Mortalidade de 50% ou mais dos indivíduos quando expostos a soluções salinas
distintas (1 mS/cm corresponde a 500 ppm). ................................................................. 19
Tabela 5. Características principais das embarcações de referência. (Fonte: CROATIAN
SHIPBUILDING, Chegxi Shipyard e ClassNK.) ........................................................... 30
Tabela 6. Catálogo contendo modelos de plantas de osmose reversa (Fonte: PURE
AQUA, INC.®) ............................................................................................................... 37
Tabela 7. Tempo de tratamento encontrado para as embarcações Equinox Voyager e Spar
Scorpio, conciliando a dessalinizador a vácuo e a osmose reversa. ............................... 37
ix
SUMÁRIO
1. Introdução ................................................................................................................. 1
2. O problema da bioinvasão ........................................................................................ 4
3. Tratamento e controle da água de lastro ................................................................... 6
3.1 Regulamentação IMO ........................................................................................ 6
3.2 Eficácia dos Sistemas de Tratamento ................................................................ 8
3.3 Métodos de Tratamento ..................................................................................... 8
3.3.1 Tratamento por Substituição da Água de Lastro ........................................ 9
3.3.2 Tratamento por Filtração .......................................................................... 11
3.3.3 Tratamento por Radiação Ultravioleta ..................................................... 11
3.3.4 Tratamento por Ozônio ............................................................................. 12
3.3.5 Tratamento por Cloro ............................................................................... 12
3.3.6 Outras Formas de Tratamento .................................................................. 13
3.4 A Concepção Ballast Free ................................................................................ 14
3.5 Equipamentos Homologados pela IMO ........................................................... 14
3.5.1 O Equipamento FlowCam ........................................................................ 15
4. Salmoura para o tratamento da água de lastro ........................................................ 15
4.1 Introdução sobre o projeto ............................................................................... 15
4.2 Considerações sobre a Salmoura como Biocida .............................................. 16
4.3 Produção de Salmoura a Bordo ....................................................................... 24
4.3.1 Primeiras Considerações........................................................................... 24
4.3.2 Produção e aplicação ................................................................................ 25
4.3.3 Arranjo proposto ....................................................................................... 27
4.4 Considerações sobre a Corrosão do Aço em Meios Salinos ............................ 28
5. Dimensionamento do sistema de tratamento .......................................................... 30
5.1 Estudo de Caso ................................................................................................. 30
5.2 Destilação a Vácuo .......................................................................................... 31
5.2.1 Valores de referência ................................................................................ 32
5.2.2 Diluição da salmoura ................................................................................ 33
x
5.2.3 Tempo de tratamento ................................................................................ 34
5.3 Osmose reversa ................................................................................................ 36
5.3.1 Alocação da planta de osmose reversa ..................................................... 38
5.4 Alternativas para reduzir o tempo de tratamento ............................................. 39
6. Considerações finais ............................................................................................... 39
7. Referências Bibliográficas ...................................................................................... 42
APÊNDICE A ................................................................................................................ 45
APÊNDICE B ................................................................................................................. 48
APÊNDICE C ................................................................................................................. 49
1
1. INTRODUÇÃO
Adicionar lastro em uma embarcação significa prove-la de um peso adicional, como
cargas sólidas ou líquidas, com o objetivo de garantir condições seguras de equilíbrio e
estabilidade durante a operação. Em particular, o uso de lastro líquido, embarcado do
meio externo (água do mar, por exemplo), proporciona grande flexibilidade operacional
à embarcação, pois permite que suas condições de equilíbrio e estabilidade sejam
controladas até mesmo em navegação. Devido a isso que o uso de lastro líquido é prática
comum na operação de navios atualmente.
Os sistemas de lastro de navios são compostos por tanques comunicados por uma
rede de tubulações segregadas, a qual permite sua operação de forma independente
(Figura 1). A água de lastro é captada do meio externo através das caixas de mar,
geralmente localizadas na praça de máquinas da embarcação. A entrada das caixas de mar
é protegida por uma grelha, cuja função é bloquear a entrada de objetos e detritos além
de certo tamanho (Figura 2). Além de grelha localizada na entrada das caixas de mar, a
rede de captação de água externa é equipada com filtros que evitam o embarque de
detritos de menor porte. Apesar da existência dessas duas barreiras, muitos elementos
ainda são carregados para os tanques de lastro. Isso ocorre em função dos filtros utilizados
não apresentar capacidade suficiente para impedir a entrada de areia, microrganismos,
dentre outros elementos.
2
Figura 1: Arranjo típico dos sistemas de lastro.
Fonte: Balpure
Figura 2: Exemplo de grelha instalada na captação de água de externa.
Fonte: www.navioseportos.com.br
Aparentemente inofensiva, a água de lastro captada em uma determinada região e
descartada em outra, sem ter sido submetida a um tratamento adequado, pode provocar
um grave problema ecológico. A razão para tal problema decorre do fato de que
microrganismos marinhos são embarcados nos tanques de lastro por ocasião das
operações de lastro. Uma vez embarcados, tais microrganismos podem sobreviver às
condições ambientais reinantes no interior dos tanques de lastro.
Os microrganismos sobreviventes nos tanques de lastro são descartados ao meio
ambiente no processo de deslastro. Nesse novo habitat, algumas espécies encontram
condições favoráveis para a sua proliferação e desenvolvimento. Caso isso ocorra, a
espécie invasora irá se desenvolver de forma intensa, ocasionando diversos impactos
ambientais, resultando em um fenômeno denominado de bioinvasão.
Uma característica particular dos sistemas de lastro de navios é a impossibilidade
dos tanques de lastro serem completamente esgotados. Desde a primeira operação, uma
quantidade residual de água de lastro permanece no interior dos tanques. Nesse “resíduo”
de água de lastro observa-se um crescente acúmulo de matéria orgânica, usualmente, sob
condições favoráveis ao seu desenvolvimento (BOLCH e HALLEGRAEFF, 1993).
A dimensão do problema do controle de água de lastro torna-se evidente ao
considerar-se que 80% do transporte de mundial de mercadorias é realizado através dos
oceanos, ou seja, há uma grande quantidade de embarcações, dos mais variados portes e
tipos, transportando água de lastro. Encontrar alternativas que reduzam a magnitude do
3
fenômeno da bioinvasão decorrente das operações de lastro das embarcações representa
uma importante questão ambiental em a ser resolvida pela sociedade atual.
Anualmente, milhões de metros cúbicos de água de lastro são despejados por
embarcações em portos e costas de todo o mundo, tornando possível que microrganismos
exóticos, característicos de uma determinada região, alcancem habitats estrangeiros.
Pesquisas e debates vêm sendo realizados com o objetivo de discutir e encontrar uma
solução para esse problema, que resulta em danos tanto ao meio ambiente marinho quanto
à economia global. A IMO – International Maritime Organization calcula que, a cada
ano, são transportados pelos navios, em média, 10 bilhões de toneladas de água de lastro,
o que equivale ao volume de 4 milhões de piscinas olímpicas.
Várias leis e regulamentações dedicadas ao problema do controle da água de lastro
dos navios têm sido implementadas ao longo dos anos, como a BWMC – Ballast Water
Manegement Convention (IMO, 2004). Uma das premissas da BWMC é que toda
embarcação tenha, além do plano de gestão e controle da água de lastro, um sistema capaz
de tratar a água de lastro a bordo. Apesar de alguns sistemas de tratamentos já estarem
homologados pela IMO, e disponíveis para a comercialização no mercado, a eficácia e os
impactos que tais sistemas podem acarretar ao longo dos anos, tanto para a embarcação
quanto para o meio ambiente, ainda são objeto de estudos. No Brasil, além da BWMC, a
Lei 9.605/98, de 12 de fevereiro de 1998, aborda o tema e tipifica como crime introduzir
espécime animal no país sem a elaboração de um parecer técnico favorável.
Em meio à demanda por um sistema de tratamento para a água de lastro das
embarcações, que atenda às necessidades estipuladas pela BWMC de forma eficiente e
eficaz, o presente projeto apresenta a proposta de um método inovador para o tratamento
da água de lastro baseado no uso de salmoura, ou mais precisamente, dos sais encontrados
na água do mar produzidos a bordo através de equipamentos de dessalinização.
Além de ser um excelente biocida, como evidenciado pelo exemplo natural do Mar
Morto, a salmoura consiste num componente natural dos oceanos, não sendo gerado
nenhum subproduto impactante quando adicionada aos tanques de lastro. Esta
caraterística representa uma das maiores vantagens decorrentes do uso da salmoura como
método de tratamento da água de lastro, quando comparado aos outros métodos
atualmente disponíveis.
4
2. O PROBLEMA DA BIOINVASÃO
De acordo com a Convenção sobre Diversidade Biológica (CDB), espécie exótica
é toda espécie que se encontra fora do seu habitat natural. Ao se adaptarem em um novo
ecossistema, as espécies invasoras competem por recursos com as espécies locais e,
devido à inexistência de um predador natural no ecossistema invadido, as espécies
exóticas acabam se desenvolvendo e proliferando, causando, muitas vezes, a destruição
de características naturais da biodiversidade local.
Além de todas as consequências ambientais, os impactos gerados pela bioinvação
afetam economicamente a comunidade local. O problema da bioinvasão impacta
diretamente nas atividades econômicas, tais como agricultura, pesca e, até mesmo, a
geração de eletricidade nas hidrelétricas. Um exemplo marcante do problema da
bioinvasão envolve a presença do javali na América do Sul. Nativa da Europa, Ásia e
norte da África, a espécie foi introduzida ao Brasil, na década de 60, por produtores de
carne do sul do país. Devido ao manejo inadequado, a espécie acabou se disseminando
pela região e hoje, de acordo com a União Internacional de Convenção da Natureza, o
javali está na lista das cem piores espécies exóticas invasoras no mundo (IBAMA).
Um dado interessante, obtido a partir de pesquisas realizadas, mostra que o número
de espécies exóticas não nativas que adentraram países como Estados Unidos, Reino
Unido, Austrália, África do Sul, Índia e Brasil é de cerca 120 mil espécies ou mais (S.
MACNAIR et al., 2000). Esse número compreende plantas, animais e microrganismos,
além também de demonstrar o tamanho do problema a ser resolvido. Em termos
econômicos, Pimentel et al. (2004) e Oliveira (2008) mostram que o prejuízo financeiro
causado aos países que sofrem com o problema da bioinvasão é de cerca de 100 bilhões
de dólares anuais.
Uma importante parcela do problema da bioinvação está localizada nos oceanos. A
primeira observação de bioinvação nos mares data de 1903, relacionada à presença da
alga Ondontella (Biddulphia sinensis), nativa dos mares da Ásia, no Mar do Norte (IMO).
Ao longo dos anos, a incidência de espécies exóticas só aumentou nos oceanos. De acordo
com GLOBALLAST 2003, estima-se que, só na década de 90, mais de 3000 espécies
foram transportadas em tanques de lastro. Por sua vez, a European Maritime Safety
Agency estima que o número de indivíduos transportados diariamente em tanques de
lastro pode chegar a 10 mil.
5
No mundo, as três espécies relacionadas ao despejo da água de lastro que mais
causaram danos ambientais e econômicos que se tem registro são o Mexilhão-Zebra e a
água-viva carnívora, nos Estados Unidos, e os dinoflagelados (algas unicelulares), na
Austrália. Já no Brasil, destacam-se o Mexilhão Dourado, o Siri Bidu e o Coral Sol.
O Mexilhão Dourado (Figura 3), Limnoperma Fortunei, é originário da China e as
primeiras evidências da sua presença na América do Sul ocorreram no Rio da Prata. Sua
proliferação fez com que alcançasse o rio Paraná e se alojasse nas usinas hidrelétricas,
incluindo a binacional Itaipu. Os impactos gerados foram diversos, dentre os quais podem
ser citados o bloqueio de tubulações e tomadas de água, à incrustação nas pás das turbinas
e bombas, e a degradação das espécies nativas. Tais impactos acarretam maior tempo e
custo para manutenção dos sistemas, além de perda de eficiência decorrente da maior
perda de carga nas tubulações das turbinas. Cabe citar, também, a diminuição das
atividades locais da pesca. No momento, a maior preocupação em torno dessa espécie é
a possibilidade de sua proliferação até os rios e estuários amazônicos, o que poderia
causar danos irreparáveis a maior bacia hidrográfica do planeta.
O Coral Sol (Tubastraea spp., Figura 3) é originário do Oceano Pacífico e foi
observado pela primeira vez no Brasil incrustado no casco de plataformas de petróleo,
ancoradas na Bacia de Campos. Estudos científicos mostram que essa espécie possui a
capacidade de modificar o ambiente em que se encontram e eliminar outras espécies de
corais, inclusive as endêmicas do litoral brasileiro (BrBIO). Além do caráter predatório,
esse organismo libera substâncias nocivas na água do mar, contribuindo ainda mais para
a degradação da flora e fauna nativa. Atualmente o Coral Sol é encontrado em costões
rochosos do Rio de Janeiro, São Paulo, Santa Catarina, Espírito Santo e Bahia.
Figura 3: Coral Sol (à esquerda) e o Mexilhão Dourado (à direita).
(Fonte: IBAMA e http://cienciaeconhecimentos.blogspot.com)
6
3. TRATAMENTO E CONTROLE DA ÁGUA DE LASTRO
3.1 REGULAMENTAÇÃO IMO
Após 14 anos de discussões, a IMO acordou, em 13 de fevereiro de 2004, uma
convenção, denominada de “The International Convention for The Control and
Management of Ship’s Ballast Water and Sediments”, mais conhecida como BWMC –
Ballast Water Management Convention. O prazo para entrada em vigor da convenção foi
definido em 12 meses após a data da realização do acordo, considerando que, pelo menos,
30 dos 74 estados membros participantes das discussões a ratificassem, bem como que a
representação dos membros aderidos à convenção equivalesse, minimamente, a 35% da
arqueação bruta da frota mundial. Passado o prazo de 12 meses, apenas 6 países haviam
aderido à convenção, com uma representação de apenas 0,62% da arqueação bruta da
frota mundial (PEREIRA, et al., 2018). Em 2009, o número de adesões havia aumentado
para 18 membros, porém sem alcançar o percentual mínimo 35% de representação da
arqueação bruta mundial. O Brasil aderiu à convenção somente em maio de 2010, após
sua aprovação pelo congresso nacional. Foram necessários mais de 12 anos para que a
BWMC entrasse em vigor. Em 8 de setembro de 2017, 63 países haviam ratificado a
BWMC, representando 68,51% da arqueação bruta da frota mundial (PEREIRA, et al.,
2018).
A BWMC é composta por 22 artigos e 14 diretrizes, nas quais são propostas
medidas para mitigar os problemas pelo descarte da água de lastro. Dentre os principais
requisitos estabelecidos na BWMC, cabe destacar:
● Art. 2. Obrigações Gerais: As Partes se comprometem a cumprir total e
plenamente os dispositivos da presente Convenção e seu Anexo visando prevenir,
minimizar e, por fim, eliminar a transferência de Organismos Aquáticos Nocivos e
Agentes Patogênicos através do controle e gerenciamento da água de lastro dos navios
e dos sedimentos nela contidos [...];
● Anexo – Seção B – Requisitos de Gestão e Controle para Navios: Cada navio
deverá ter a bordo e implementar um plano de Gerenciamento de Água de Lastro. Tal
plano deverá ser aprovado pela Administração, levando-se em conta as diretrizes
desenvolvidas pela Organização [...];
7
● Regra D-1 – Norma de Troca de Água de Lastro: Os navios que realizarem
troca da água de lastro em conformidade com esta regra deverão fazê-lo com uma
eficiência de pelo menos 95 por cento de troca volumétrica da água de lastro [...].
● Regra D-2 – Norma de Desempenho de Água de Lastro: Os navios que
realizam Gerenciamento de Água de Lastro em conformidade com esta regra deverão
descarregar menos de 10 organismos viáveis por metro cúbico, com dimensão mínima
igual ou maior que 50 micrômetros, e menos de 10 organismos viáveis por mililitro, com
dimensão mínima menor que 50 micrômetros e com dimensão mínima igual ou maior que
10 micrômetros [...];
● Regra D-3 – Prescrições para Aprovação de Sistemas de Gerenciamento de
Água de Lastro: Os sistemas de Gerenciamento de Água de Lastro usados para
cumprimento da presente Convenção deverão ser aprovados pela Administração
levando-se em conta as diretrizes desenvolvidas pela Organização [...].
O grande desafio após a entrada em vigor da BWMC é fazer com que os navios
atendam com as exigências da convenção. Para que isso seja possível, as embarcações
devem possuir a bordo um sistema de tratamento aprovado pelas sociedades
classificadoras, comprovando sua efetividade na inativação de espécies de risco.
Entretanto, os sistemas de tratamento, além de possuírem um custo capital elevado,
requerem modificações no arranjo de tubulações e de outros sistemas da praça de
máquinas, o que exige a interrupção da operação do navio por um determinado intervalo
de tempo para sua realização.
A IMO determina que, desde a entrada em vigor da BWMC, todos os navios que
necessitem cumprir a regra D-2 tenham um sistema de tratamento certificado instalado a
bordo até a ocorrência da renovação do certificado de IOPP – International Oil Pollution
Prevention, se:
● A data da próxima renovação do certificado de IOPP seja em 08 de setembro de
2019 ou após; e
● Se a última renovação do certificado de IOPP tenha ocorrido entre 08 de setembro
de 2014 e 08 de setembro de 2017.
As embarcações que não necessitam instalar um sistema de tratamento de água de
lastro, como navios de apoio as operações offshore, devem estar em conformidade com
as demais regras da convenção.
8
3.2 EFICÁCIA DOS SISTEMAS DE TRATAMENTO
A IMO exige que o sistema de tratamento da água lastro possua efetividade contra
a proliferação de organismos tais como algas, crustáceos, bem como contra vírus, fungos
e bactérias. É importante destacar, também, que alguns países adotam legislação própria
mais rígida que a BWMC para o gerenciamento e controle da água de lastro, tais como
os Estados Unidos e o Canadá. A Tabela 1 mostra um comparativo entre a quantidade
mínima de indivíduos permitida pela BWMC e pelos órgãos regulamentadores
Canadenses.
Tabela 1. Comparativo das exigências para o tratamento da água de lastro: IMO e
órgãos regulamentadores canadenses.
Fonte: Dobroski, N. (2011) – Implementation of California’s
Performance Standards for the Discharge of Ballast Water.
3.3 MÉTODOS DE TRATAMENTO
A demanda por métodos efetivos para o tratamento da água de lastro aqueceu o
mercado de equipamentos navais, tendo sido propostas diversas concepções. A
complexidade do problema requer, muitas vezes, a utilização a combinação de dois ou
mais métodos de tratamento para uma maior eficácia. Os requisitos para o sistema
tratamento da água de lastro vão além de apenas a eliminação de uma grande diversidade
de espécies. Seu impacto deve ser o menor possível no meio ambiente, pois não é sensato
que a mitigação do problema da bioinvasão resulte na contaminação dos de ecossistemas
com produtos químicos.
9
Figura 4. Processo de aceitação de uma nova tecnologia de tratamento de água de lastro.
Fonte: PEREIRA, N. et al. Água de lastro: Gestão e Controle. Adaptado Dobroski et al.
(2007).
Fatores envolvendo o perfil operacional da embarcação, a limitação de espaço na
praça de máquinas de navios já construídos, a capacidade do sistema de lastro, as
condições climáticas na região de operação e o alto custo dos equipamentos são
adversidades a serem vencidas para a implementação dos sistemas de tratamento da água
de lastro.
Todo sistema de tratamento de água de lastro deve ser homologado pela IMO e
certificado por uma sociedade classificadora para ser comercializado. A Figura 4 ilustra
as etapas necessárias para a aprovação dos sistemas de tratamento da água de lastro. A
seguir é apresentada uma descrição sucinta dos principais métodos propostos para o
tratamento da água lastro.
3.3.1 TRATAMENTO POR SUBSTITUIÇÃO DA ÁGUA DE LASTRO
A técnica de substituição periódica da água de lastro é uma ação praticada pelos
armadores já há algum tempo, por recomendação da própria IMO. De fato, apesar de
representar uma alternativa de simples implantação para a redução dos impactos do
descarte de lastro, substituir regularmente a água dos tanques de lastro representa uma
solução parcial, que apenas auxilia na mitigação do problema. A renovação da água em
um tanque de astro alcança, em média, 95% de sua capacidade e, por conseguinte, o
“resíduo” de água de lastro que permanece nos tanques após seu esgotamento encontra-
10
se contaminado com organismos oriundos da região na qual a operação de lastro anterior
foi realizada.
A operação de substituição da água de lastro deve ocorrer a, pelo menos, 200 milhas
náuticas (370,4 km) da costa e em profundidade mínima de 200 metros. Em situações em
que não seja possível realizar a operação, por algum motivo que ponha em risco a
tripulação e/ou a embarcação, a tripulação deve realizá-la o mais distante possível da
costa, porém, a não menos de 50 milhas náuticas da costa.
Apesar das inerentes limitações, a substituição da água de lastro é usualmente
adotada pelos armadores, sendo realizada de acordo com os seguintes procedimentos:
● Troca Oceânica Sequencial: Esse procedimento consiste em trocar a água de
lastro captada no início da viagem ao longo da travessia. A troca é realizada em pares de
tanques e de maneira sequencial, com o propósito de impactar, o mínimo possível, as
condições de equilíbrio e estabilidade da embarcação;
● Método do Fluxo Contínuo: Consiste em circular os tanques de lastro com um
volume de água equivalente a três vezes sua capacidade. O propósito dessa prática é
renovar a água lastro dos tanques sem esgotá-los, o que representa um aspecto importante
para a segurança da embarcação;
● Método do Transbordamento: Esse método é semelhante ao Método do Fluxo
Contínuo, porém, a água de lastro nesse caso é descarregada pelo suspiro dos tanques, no
convés;
● Método da Diluição: a concepção desse processo pertence à Petrobras e consiste
em lastrar os tanques pela parte superior e esgotá-los pela parte inferior. Este método tem
como vantagem evitar o contato da tripulação com a água descarregada.
De acordo com Pereira et al. (2018), a eficiência dos métodos de substituição da
água de lastro tem apresentado bons resultados no que se diz respeito à redução de
espécies de risco contidos na água. Estudos apontam que a eficiência da troca atinge 89%
de redução em relação a quantidade inicial de organismos com dimensões maiores que
50 𝜇𝑚. Já para organismos inferiores a 50 𝜇𝑚, a eficiência foi ainda maior, sendo atingida
a marca de 94,9%.
Os valores obtidos mostram que, no momento, a substituição em travessia é uma
boa alternativa para a redução do problema da bioinvasão causada pelo descarte de água
delastro. Vale ressaltar que, apesar dos bons resultados, esse método não elimina o risco
11
de contaminação e que os bons resultados anteriormente descritos só são atingidos caso
haja um eficiente controle e gestão da operação.
3.3.2 TRATAMENTO POR FILTRAÇÃO
O processo de filtração consiste em barrar a entrada de microrganismos nos tanques
por meio de uma barreira física permeável, conhecida como filtro ou membrana. A
eficiência e os custos associados para a implantação de um sistema desse tipo
correlacionam-se com a porosidade dos filtros, ou seja, quanto mais seletivo for o filtro,
mais contaminantes ele bloqueará. Todavia, quanto mais restritivo ele for o filtro, menor
será o intervalo para manutenção e, até mesmo, a troca das membranas.
Os sistemas de filtragem utilizados atualmente nas embarcações são aplicados ao
bloqueio de organismos de maior porte, assim sendo, sua eficiência no tratamento da água
de lastro ainda é baixa. Contudo, devido ao potencial do método, diversos estudos estão
sendo conduzidos de forma a melhorar sua eficiência. Usualmente, a filtração é utilizada
em associação a outros métodos, tais como a radiação ultravioleta, com o intuito de
melhorar a eficiência do tratamento.
3.3.3 TRATAMENTO POR RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA
A aplicação de luz ultravioleta é uma técnica empregada com o propósito de
ocasionar interferência no material genético dos organismos, de forma que tal impacto
acarrete neles mutações nocivas a sua sobrevivência, culminando na morte dos indivíduos
(MESBAHI, 2004).
A aplicação dos raios ultravioletas (UVA) é feita pela emissão de lâmpadas
incandescentes ou fluorescentes, que são instaladas nas tubulações onde a água de lastro
passa. Apesar da sua flexibilidade e praticidade, o uso de radiação UVA para tratamento
possui alguns fatores que diminuem a sua eficiência. Dentre esses fatores, podem ser
citados a ineficiência em organismos de maior porte (pois necessitam de uma exposição
maior a radiação), a perda de eficiência devido a presença de materiais particulados e a
turbidez da água.
Em pesquisas realizadas utilizando a radiação ultravioleta como tratamento, a
eficiência alcançada foi de 95% na redução de fitoplânctons (WRIGHT, 2004). Apesar
do bom resultado contra fitoplâctons, existe uma quantidade grande de microrganismos
12
que são resistentes à radiação ultravioleta, principalmente aqueles que possuem uma
cápsula envoltória mais espessa, tornando-os mais resistentes (OLIVEIRA, 2003).
Além desses problemas, a radiação ultravioleta também pode ocasionar problemas
de corrosão à estrutura do casco, afirma Mesbahi (2004).
3.3.4 TRATAMENTO POR OZÔNIO
O ozônio (O3) é um uma substância química muito conhecida por sua efetividade
na eliminação de microrganismos nocivos, como vírus e bactérias. Diversos ramos da
indústria utilizam esse composto para higienização e a sua aplicação é dado seu pelo
borbulhamento na água.
A vantagem da utilização do ozônio é a sua maior efetividade em relação ao cloro,
eliminando uma grande quantidade de microrganismos em um curto período de tempo.
As suas desvantagens são a complexidade para instalação de um equipamento de geração
de ozônio, altamente corrosivo em contato com metais, sendo também tóxico. Segundo
estudos, o tratamento com ozônio alcançou 89% de mortalidade dos fitoplânctons
presentes na água testada. (PEREIRA et al., 2018).
3.3.5 TRATAMENTO POR CLORO
O cloro é um elemento da família dos halogênios, com grande poder de desinfecção
e higienização de ambientes. Sabendo do seu potencial como biocida, estudos foram
conduzidos para determinar o quanto essa alternativa seria eficiente no tratamento da água
de lastro. O primeiro ponto negativo apontado ao se utilizar essa substância é em relação
ao pH da água do mar. O cloro age com mais eficácia em pH neutro, entretanto a água do
mar apresenta características básica, com pH próximo a 8. Com isso, é necessário utilizar
uma quantidade maior de cloro para primeiramente neutralizar a água, para depois sua
ação com mais efetividade contra os microrganismos. O uso de uma quantidade extra de
cloro pode ter consequências negativas como o aumento da corrosão do casco e a geração
de subprodutos tóxicos.
Os subprodutos tóxicos que causam preocupação, e que são gerados quando o cloro
entra em contato com a água do mar, são os trihalometanos (THM), elementos
classificados como cancerígenos pela comunidade científica (SILVA E FERNANDES,
2004).
13
Pesquisas indicam uma eficiência de 80% na mortalidade dos fitoplânctons em 120
horas de exposição ao cloro, para uma concentração de 1,55 mg/L (ZHANG et al. 2003).
Além disso, uma alternativa promissora que vem ganhando força nessa área de estudo é
o uso do dióxido de cloro (ClO2), no lugar do cloro (Cl). A vantagem do uso desse
composto é que sua eficiência como biocida mantém-se constante em um intervalo de pH
entre 4 e 10, bem como não produz os perigosos THM.
3.3.6 OUTRAS FORMAS DE TRATAMENTO
Além dos métodos de tratamento já citados, há ainda várias outras alternativas em
desenvolvimento, a saber:
● Desoxigenação: consiste em eliminar o oxigênio presente na água de lastro por
meio da injeção de gases inertes como o nitrogênio e o gás carbônico. A desvantagem
dessa solução é sua ineficácia em relação aos organismos anaeróbicos. Assim sendo,
pesquisadores consideram esse método apenas como um tratamento parcial;
● Eletricidade: o método consiste em aplicar uma corrente ou pulsos elétricos na
água de lastro de forma a esterilizar os microrganismos presentes. Deng et al. (2004)
conduziu pesquisas sobre o método e chegou ao resultado de 99% de eliminação das
bactérias e 72% dos fitoplânctons. Mesbahi (2004), em pesquisas realizadas nos EUA,
mostrou que a mortalidade de zooplânctons foi de apenas 40%;
● Térmico: baseia-se na aplicação de calor a uma substância a uma determinada
temperatura e por um determinado tempo. É uma técnica bastante conhecida pela
humanidade como um método efetivo de desinfecção. O grande entrave para aplicação
do método térmico em navios é a grande quantidade de calor requerida para que o
tratamento seja eficaz;
● Hidrociclones: é uma técnica ainda em estudo para o tratamento da água de lastro.
É baseada na separação dos organismos presentes na água através da ação da força
centrífuga em hidrociclones; e
● Ultrassom: a emissão de ondas sonoras na água também vem sendo analisada
como uma possível solução. A ação desse método consiste em causar estresse mecânico
aos microrganismos pela emissão de ondas com uma determinada frequência e
intensidade, resultando em sua eliminação.
14
3.4 A CONCEPÇÃO BALLAST FREE
O projeto de embarcações Ballast Free é uma inovação nessa área e que busca
eliminar o grande problema aqui estudado que é a água de lastro. A pesquisa vem sendo
desenvolvida pela Universidade de Michigan e o seu propósito é substituir os tanques de
lastros tradicionais por tanques longitudinais e contínuos, os quais se estendem de proa a
popa da embarcação.
Figura 5. Esquematização do funcionamento de uma embarcação Ballast Free.
Fonte: safety4sea.com.
A entrada de água nos tanques longitudinais ocorre por aberturas na proa,
posicionadas de forma a permitir que haja um fluxo contínuo da água entre o local de
captação (proa) e o de saída (popa). O conceito físico por trás dessa concepção é a
variação do calado pela perda de flutuabilidade. Na operação de “deslastro”, as aberturas
da saída (popa) e de entrada (proa) são fechadas e um sistema de bombas realiza o
esgotamento dos tanques (Figura 5).
Cabe ressaltar que estudos em CFD (Computional Fluid Dynamics), realizados por
Kotinis e Parsons (2007), indicaram que as aberturas no casco causam aumento de 3% na
resistência ao avanço do casco. Além disso, é necessário mencionar que o sistema requer
um mecanismo confiável para a abertura e fechamento dos tanques.
3.5 EQUIPAMENTOS HOMOLOGADOS PELA IMO
Até o momento, poucos sistemas de tratamento obtiveram a homologação da IMO,
sendo reconhecidos como eficazes no tratamento da água de lastro. Tais sistemas
representam alternativas o cumprimento do anexo D-2 da BWTC, sendo esses:
● Venturi Oxygen Stripping®, NEI Treatment Systems;
15
● Sedna®, Hamann AG;
● PureBallast, Alfa Laval;
● Hyde GuardianTM, Hyde Marine;
● Ecochlor, Ecochlor Inc.;
● Compact Clean, Desmi Ocean Guard A/S; e
● Evac Evolution, Evac.
3.5.1 O EQUIPAMENTO FLOWCAM
Apesar dos fabricantes atestarem a eficiência dos seus equipamentos no tratamento
da água de lastro, é difícil saber se realmente toda a água que foi submetida ao tratamento
atingiu a qualidade desejada durante a operação. Foi pensando nisso que a empresa Fluid
Imaging Technologies desenvolveu o FlowCam, que é um aparelho capaz de, identificar
as espécies presentes e também a quantidade de sobreviventes, a partir de uma amostra
coletada da água de lastro do navio. Esse aparelho, assim como outras técnicas que em
estudo, são de extrema importância, pois auxiliam na avaliação da efetividade dos
sistemas de tratamento da água de lastro.
4. SALMOURA PARA O TRATAMENTO DA ÁGUA DE LASTRO
4.1 INTRODUÇÃO SOBRE O PROJETO
Para que um sistema de tratamento água de lastro seja classificado como eficaz e
viável, esse deve apresentar mais do que eficácia contra os microrganismos presentes na
água. Uma alternativa de tratamento em potencial deve incorporar os impactos gerados
ao meio ambiente pelos compostos utilizados no tratamento, os subprodutos tóxicos
gerados, os efeitos danosos sobre equipamentos, tubulações e estrutura da embarcação,
tempo para o tratamento completo, custo capital e operacional, dentre outros.
O ponto inicial para que o presente projeto fosse desenvolvido e estudado surgiu da
observação da quase ausência de vida no Mar Morto, em consequência da sua alta
concentração salina. Localizado no Oriente Médio, mais precisamente na divisa entre
Israel e Jordânia, o Mar Morto possui em suas águas concentrações salinas médias de 340
g/l, a qual é, aproximadamente, 10 vezes superior à concentração média da água do mar
(35 g/l). Com essas características, a existência de vida no Mar Morto é praticamente
impossível. O estresse osmótico que esse ambiente causa é agressivo e nocivo para
16
qualquer tipo de flora e fauna conhecida, exceto para seres que desenvolveram a
capacidade de sobreviver sob essas condições. O único ser vivo encontrado nas águas
desse mar é a bactéria Haloarcula Marismortui (VIHAGRA, 2014).
Considerando que seus constituintes estão presentes no próprio ambiente marinho,
conclui-se, em uma primeira análise, que os impactos ambientais causados pelo uso da
salmoura para o tratamento da água de lastro serão praticamente nulos, caso seja
providenciada a diluição da água de lastro tratada antes do seu descarte.
4.2 CONSIDERAÇÕES SOBRE A SALMOURA COMO BIOCIDA
O uso do sal como conservante já foi uma importante ferramenta para o ser humano
nos séculos passados. Evidências apontam que essa técnica já era utilizada pelos antigos
egípcios em processos de mumificação. Soluções com altas concentrações salinas são
utilizadas como conservantes, pois atuam na inibição da proliferação de microrganismos
através de dois fatores bioquímicos que são o aumento da pressão osmótica sobre os
microrganismos, assim como, na redução da atividade da água.
De maneira mais clara, reduzir a atividade da água significa que, dentro dos
alimentos existe uma determinada quantidade de água, onde parte dessa água é
constituinte do próprio alimento, ou seja, as moléculas de água estão ligadas com outras
moléculas do alimento, enquanto a parte da água que não constitui o alimento se encontra
livre e sem nenhuma atividade específica. Essa quantidade de água livre presente dentro
do alimento está apta a sofrer reações químicas e biológicas, aumentando as condições de
sobrevivência e desenvolvimento microbiano. (MARQUES GARCIA, 2004). Se com
altos índices de atividade de água há um risco maior de ocorrência da proliferação
microbiana, na baixa atividade ocorre a redução do metabolismo dos microrganismos,
resultando em condições menos favoráveis para seu desenvolvimento e reprodução.
É inegável, assim, que a salmoura possua potencial para induzir mortalidade nos
indivíduos marinhos. Todavia, muitas questões ainda devem ser respondidas,
principalmente em relação a comprovação da real efetividade na mortalidade de
microrganismos e também para quais concentrações e tempo de exposição esse resultado
é alcançado. Para responder a tais indagações, foram utilizadas duas pesquisas
inovadoras, conduzidas no Canadá pelos pesquisadores da University of Windsor,
Johanna Bradie e Tony Nan-Chun Wang.
17
A motivação dos pesquisadores foi uma tentativa de elucidar os impactos que os
Grandes Lagos, localizados na divisa entre o Canadá e os Estados Unidos, vêm sofrendo
ao longo dos anos com a invasão de espécies não nativas, oriundas em grande parte, do
deslastro dos navios mercantes que ali atracam. Com cerca de 246 mil km² de área, os
Grandes Lagos são um recurso natural de grande importância para a região, responsável
por atividades como a pesca e o transporte de mercadorias e commodities em grandes
cidades como: Chicago, Cleveland, Milwaukee, Toronto, Montreal e Quebec.
Em decorrência da facilidade de se alcançar essas grandes cidades, anualmente, 450
navios, em média, navegam nos Grandes Lagos, liberando aproximadamente 500.000 m³
de água de lastro, oriunda das mais diversas localidades do planeta (MINTON et al.,
2005). Levantamentos apontam que existem pelo menos 182 espécies invasoras só nessa
região, do qual a maior parte delas, entre 55 e 70%, chegou até ali nos tanques de lastro
de navios (RICCIARDI, 2006). Em relação aos impactos que a bioinvasão vem
acarretando na economia local, estudos apontam que os prejuízos chegam a um valor
entre 13,3 e 34,5 bilhões de dólares por ano (COLAUTTI et al., 2006).
Em sua publicação, “Brine-induced mortality of non-indigeous species in ballast
water”, Johanna Bradie faz algumas considerações iniciais sobre a eficiência da salmoura
de origem industrial e da salmoura natural. Segundo a autora, a diferença na quantidade
de determinados íons faz com que uma seja mais eficiente na mortalidade dos
microrganismos do que a outra.
Bradie (2009) utilizou em seu projeto sal industrializado, pois o escopo de aplicação
do seu método possibilitava que isso fosse feito. O projeto da autora consistiu em aplicar
salmoura industrial com alta concentração diretamente aos tanques de lastro, com a
embarcação atracada no porto. Após a adição, aguardou-se um determinado tempo para
que substância agisse nos microrganismos. Respeitado o tempo de tratamento necessário
para a eliminação completa, foi feito o descarte do lastro no ambiente. O suprimento da
salmoura para os navios foi feito via caminhões.
Retornando a diferença entre a eficácia das salmouras industrial e natural é
importante, a princípio, mostrar qual a composição e concentração dos íons que
compuseram a salmoura utilizada por Bradie (2009) em seus estudos (Ao comparar a
Tabela 2 com a Tabela 3, na qual são apresentadas as concentrações médias de íons
constituintes da água do mar, é possível verificar que a concentração dos íons de sódio
presentes na salmoura industrial é aproximadamente 2,5 vezes maior do que as taxas
encontradas na água do mar. Além da concentração de sódio, a concentração de íons cloro
18
também é maior, o que resulta no aumento da formação do composto NaCl (cloreto de
sódio).
Tabela 2). Ao comparar a Tabela 2 com a Tabela 3, na qual são apresentadas as
concentrações médias de íons constituintes da água do mar, é possível verificar que a
concentração dos íons de sódio presentes na salmoura industrial é aproximadamente 2,5
vezes maior do que as taxas encontradas na água do mar. Além da concentração de sódio,
a concentração de íons cloro também é maior, o que resulta no aumento da formação do
composto NaCl (cloreto de sódio).
Tabela 2. Concentrações médias de íons constituintes da salmoura (BRADIE, 2009).
Fonte: Bradie (2009) – Brine-induced mortality of non-indigenous species in ballast water.
Tabela 3. Concentrações médias de íons constituintes da água do mar.
19
Fonte: mdmat.mat.ufrgs.br – Salinidade do Ambiente Marinho.
O estudo “Comparing Test Systems to Measure the Salinity Tolerance of
Freshwater Invertbrates” (Kefford, et al., 2004) foi realizado com o objetivo de verificar
a taxa de sobrevivência de determinados seres aquáticos ao aumento da salinidade dos
rios australianos. O estudo foi conduzido para entender como que o aumento da salinidade
proveniente dos resíduos dos insumos agrícolas estava afetando as espécies ali presentes.
O método de análise empregado pelos pesquisadores consistiu em testar
determinadas espécies aquáticas expostas a diferentes meios por um tempo pré-
determinado e, ao final desse tempo, contabilizar os indivíduos remanescentes. Os autores
analisaram a sobrevivência das espécies em três tipos de soluções distintas, a saber: NaCl,
sais marinhos (água do mar) e Na2SO4. (Sulfato de Sódio).
Os resultados obtidos evidenciaram que as espécies usadas nos testes foram mais
tolerantes à solução que possuía sais marinhos diluídos do que à solução de NaCl e
Na2SO4. As explicações dadas para os resultados obtidos abrangem três premissas. A
primeira atesta que os íons Cálcio e Magnésio (presentes na água do mar e não nas outras
duas soluções) auxiliam na redução da permeabilidade da membrana celular dos
organismos ocasionando menor troca de líquidos entre o indivíduo com o ambiente em
que ele se encontra. O segundo argumento para a mortalidade dos indivíduos em água do
mar ser menor é devido ao fato de que soluções salinas com mais de um composto
químico (como a água do mar) são comprovadamente menos agressivas na mortalidade
dos indivíduos do que as soluções com apenas um elemento, como o NaCl (MOUNT et
al., 1997). Por fim, a diferença de pH entre as soluções é o outro fator. Tanto a solução
aquosa de NaCl quanto a de Na2SO4 possuem potencial hidrogeniônico mais ácido do que
a solução com sais marinhos dissolvidos, tornando-as mais nocivas (KEFFORD, et al.,
2004).
Tabela 4. Mortalidade de 50% ou mais dos indivíduos quando expostos a soluções
salinas distintas (1 mS/cm corresponde a 500 ppm).
20
Fonte: Kefford, et al., (2004) - Comparing Test Systems to Measure the Salinity
Tolerance of Freshwater Invertebrates.
A Tabela 4 mostra os resultados obtidos por Kefford et al. (2004) somente para a
solução de sais marinhos e para o NaCl, pois são as substâncias de interesse para o
presente projeto. Os valores indicados em cada coluna (abaixo do tempo de exposição
dado em horas) representa a concentração salina medida em condutividade elétrica
(mS/cm) que foi suficiente para eliminar 50% ou mais dos indivíduos em um determinado
tempo de exposição. Os tempos de exposição estudados foram, 48, 72, 96 e 240 horas.
De maneira geral, percebe-se que em todas as espécies testadas a mortalidade de 50% ou
mais dos indivíduos foi alcançada em concentrações menores para o NaCl do que para a
água do mar. Todavia, para a maioria das espécies a diferença entre as concentrações de
NaCl e a sais marinhos ficaram próximas. A Figura 6 mostra um comparativo entre a
concentração necessária para atingir a mortalidade de 50% ou mais dos indivíduos
expostos a água do mar e ao NaCl, a partir dos valores coletados. A breve análise feita
sobre a eficiência para cada tipo de salmoura apresentada é uma ressalva para alertar sobre
o fato de que resultados distintos são obtidos quando se faz o uso de outros tipos de sais
na salmoura.
A questão a ser respondida nesse momento é, além de evidenciar a real efetividade
da salmoura, determinar qual deverá ser a concentração mínima de sais que a solução
necessitará ter para eliminar a quantidade de microrganismos desejada. No presente
trabalho, a efetividade é determinada pelas exigência da IMO (Tabela 1).
21
Figura 6. Comparativo da eficiência biocida dos sais contidos na água do mar e o NaCl.
LC50: concentração em mS/cm para a mortalidade de 50% ou mais dos indivíduos.
Fonte: Kefford, et al., (2004) - Comparing Test Systems to Measure the Salinity
Tolerance of Freshwater Invertebrates.
Para tal análise, algumas ressalvas preliminares deverão ser levadas em
consideração, a saber:
● Tipos de organismos presentes: a ação da salmoura atuará de maneira distinta
para diferentes espécies, algumas mais resistentes outras menos;
● Eficiência desejada: dependendo da taxa de mortalidade desejada, maior deverá
ser a concentração da solução ou o tempo de exposição;
● Sais utilizados: como já comentado, o estresse causado aos microrganismos
dependerá dos sais dissolvidos em uma solução; e
● Homogeneização da solução: quanto mais diluída a salmoura estiver no meio em
que ocorrerá o tratamento, mais eficiente será o tratamento.
Primeiramente, é importante destacar que os principais grupos de espécies
encontrados na água de lastro são zooplânctons, fitoplânctons, vírus, bactérias e fungos.
Como referência para as análises citadas acima serão utilizados os estudos de Santagata
et al. (2008) e novamente Bradie (2009). Nessas duas pesquisas, apenas espécies do grupo
dos zooplânctons passaram por experimentação laboratorial, enquanto que os demais
citados foram analisados a partir de pesquisas oriundas de outras bibliografias.
As pesquisas foram conduzidas a partir de uma seleção inicial de espécies pela
dificuldade de se trabalhar com todas as hipóteses de organismos que podem se tornar um
22
bioinvasor potencial. Para a seleção das espécies, amostras foram coletadas nos Grandes
Lagos e em três portos importantes da Europa, de onde partem grande parte dos navios
que chegam até o Canadá, que são Antuérpia (Bélgica), Rotterdam (Holanda) e Bremen
(Alemanha). As espécies que foram selecionadas e estudadas foram aquelas que trazem
maior preocupação para a região devido às características de sobrevivência desses
organismos. É importante destacar também que as análises realizadas com os organismos
naturais de água doce encontrados nos Grandes Lagos não foram levadas em
consideração, pois o foco deste trabalho é analisar os organismos marinhos. Todas as
espécies utilizadas na pesquisa se encontram no Apêndice A.
Após a determinação das espécies que seriam avaliadas, os pesquisadores
desenvolveram ensaios laboratoriais com o objetivo de verificar para quais concentrações
salinas a taxa de mortalidade dos indivíduos alcançaria índices iguais ou superiores a 95%
(essa taxa é baseada nas normas da IMO). As concentrações utilizadas foram as seguintes:
1,5%; 3,0%; 4,5%; 6,0%; 7,7% e 11,5% de massa por massa. Como se está adaptando um
estudo em que espécies de água doce também foram avaliadas, para o presente projeto,
as concentrações 1,5%, 3,0% e 4,5% foram descartadas, pois tais soluções foram
aplicadas a microrganismos de água doce que não são relevantes para o presente estudo.
Com isso, os resultados que aqui reproduzidos foram para as concentrações de interesse
que são 6,0%, 7,7% e 11,5%.
Os pesquisados chegaram à conclusão de que o grupo de indivíduos expostos à
salmoura com concentração de 11,5%, durante o período de uma hora, alcançou taxa
média de sobrevivência de 0,00% dos indivíduos, com uma variação de sobrevivência
entre 0,0 a 5,33%. Isso significa que do total de ensaios realizados, em sua maior parte se
conseguiu eliminar totalmente os organismos presentes, enquanto que somente em alguns
dos ensaios esse resultado não foi alcançado. Dos 15 ensaios realizados para essa
condição de tempo e concentração, 12 alcançaram a eliminação completa dos seres ali
presentes, ou seja, em apenas 3 ensaios a mortalidade dos organismos não foi completa,
o que compreende 20%. Complementando o que foi dito, Wang (2011), mostrou também
em suas pesquisas que 5 horas de exposição a uma concentração de 10,5% resultou na
eliminação total dos indivíduos testados.
Já os indivíduos tratados com soluções a 7,7%, também com uma hora de
exposição, alcançou a taxa média de sobrevivência de 0,00% dos indivíduos para alguns
ensaios, com variação de sobrevivência superior ao que foi apresentado para a solução de
11,5%, estando entre 0,0 e 12,09%. Dos 15 ensaios realizados, apenas 6 alcançaram a
23
mortalidade completa, ou seja, 9 ensaios após uma hora de exposição apresentaram
índices de sobrevivência de até 12,09% dos indivíduos em comparação com a quantidade
inicial.
Por fim, os testes conduzidos com soluções a 6,0% foram menos conclusivos. De
acordo com Bradie (2009), os resultados obtidos apresentaram uma variação de
sobrevivência entre 0,00% e 100%, para uma hora de exposição. Contudo, a pesquisadora
afirma que quando realizou os ensaios com 2 horas exposição, com a mesma
concentração, a taxa de sobrevivência se aproximou dos resultados obtidos para o teste
de 7,7%. Gráficos contendo os resultados obtidos para todas as condições de
concentrações e tempo de exposição discutidos são apresentados no Apêndice A.
Até o momento só foi mencionado a eficácia da salmoura em relação aos
zooplânctons, entretanto vírus, bactérias, fungos e fitoplânctons necessitam também
serem analisados. Para o caso dos fitoplânctons, pesquisas realizadas em 46 espécies
marinhas mostraram que os indivíduos eram capazes de tolerar concentrações entre 0,0 a
4,6% (BRAND, 1984). Sobre a afirmação anterior, é necessário dizer que 46 espécies é
apenas uma amostra e não certifica que todos os fitoplânctons existentes no planeta
reagirão da mesma forma. Contudo, não deixa de ser um bom indicio de que as
concentrações de 6,0%, 7,7% e 11,5 % também são eficazes contra espécies desse grupo.
Em relação aos fungos, a maior parte deles possui tolerância máxima a 3,0% de
concentração salina. Já a maioria dos vírus e bactérias, salvo as bactérias do tipo halófilas,
que são resistentes ao sal, não sobrevivem em soluções de NaCl iguais ou superior a
10,0% (BRADIE, 2009). Com isso, a pesquisadora acredita que vírus, bactérias e fungos
podem ser eliminados com o uso de soluções salinas.
Ainda falando sobre a tolerância das bactérias, umas das que mais causam
preocupações no despejo da água de lastro é a Eschericia coli. Responsável por causar
problemas gastrointestinais, a Eschericia coli, a contaminação por esta bactéria, se não
tratada, pode levar o indivíduo à morte. Para o controle e eliminação dessa bactéria na
água e nos alimentos, duas maneiras simples são empregadas para inibi-la: aporte de calor
para ambos os casos e, para ao caso dos alimentos, a imersão em soluções salinas
concentradas. De acordo com a Autoridade de Segurança Alimentar e Econômica
(ASAE), a Eschericia coli pode sobreviver em soluções salinas concentradas de até 6,5%,
e estudos comprovam que soluções a 8,5% de concentração são letais para esse
organismo.
24
Outra bactéria que gera preocupação é a Salmonela e, assim como a E. coli, a
Salmonela possui tolerância a soluções salinas concentradas. Segundo informações
retiradas do site da ASAE, quando exposta a meios salinos com concentração superior a
4% de NaCl, esses organismos não resistem devido ao alto estresse osmótico.
Em suma, a partir das análises feitas, e levando em consideração as concentrações
estudadas, avalia-se que concentrações da ordem de6,0 e 7,7% podem não vir a ser
eficientes na eliminação de organismos provenientes do mar, devido a sua maior
capacidade de tolerar a variação na salinidade. Outro fator que vai contra tais
concentrações é a resistência da Eschericia coli em soluções salinas de até 8,5%.
Uma informação relevante a ser acrescida é em relação ao tempo de exposição. As
pesquisas que foram realizadas por Bradie (2009) e Wang (2011) ocorreram para o
período de 1 hora de exposição dos indivíduos com a solução, e somente em alguns casos
nos quais foi aumentado o tempo de exposição, os resultados obtidos mostraram que o
tempo de tratamento é um fator importante para a determinação da concentração ideal da
salmoura. Em contraponto ao tempo de exposição, é necessário dizer que quando
submetidos a um estresse osmótico durante um determinado tempo, os indivíduos que
não são mortos tendem a entrar em equilíbrio com a solução. Com isso, o tempo de
tratamento está limitado ao tempo do equilíbrio osmótico das espécies.
Em resumo, observa-se que para atender as exigências estabelecidas pela IMO
sobre quantidade de indivíduos presentes na água de deslastro, a concentração mínima
de salmoura para o tratamento da água de lastro deve ser de 8,5%. Porém, ainda é
válido destacar que a eficiência para a concentração 8,5% depende também do tipo dos
sais contidos na salmoura. Devido a isso, o valor sugerido de 8,5% é um valor teórico
aproximado, que pode sofrer alterações. Ainda em relação a esse ponto, é necessário
ressaltar que tal valor se baseia em pesquisas bibliográficas, e que pesquisas laboratoriais
seriam essenciais para se chegar a um valor mais confiável da concentração ideal para a
realização do tratamento com salmoura.
4.3 PRODUÇÃO DE SALMOURA A BORDO
4.3.1 PRIMEIRAS CONSIDERAÇÕES
Para que seja possível tratar a água de lastro utilizando salmoura como método de
tratamento, a embarcação deve possuir a bordo uma ou mais fontes de produção de sal.
25
Navios oceânicos são equipados com um gerador de água doce e o resíduo produzido no
processo de dessalinização (salmoura) é descartado ao mar. Sabendo que a salmoura
possui potencial para tratar a água de lastro, como pode ser visto no item 4.2
“Considerações Sobre a Salmoura como Biocida”, o presente projeto busca reaproveitar
esse resíduo produzido a bordo na geração da água doce pelos dessalinizadores, para a
realização do tratamento no próprio navio.
É válido destacar que já existe uma patente que utiliza o reaproveitamento dos
resíduos dos geradores de água doce do navio para o tratamento da água de lastro. A
empresa proprietária da patente é a Q5 INNOVATIONS INC. Sendo assim, utilizar a
salmoura produzida por dessalinizadores a bordo não é uma inovação no quesito ideia. O
diferencial do presente projeto são os estudos sobre tempo de tratamento que será
demandado, arranjo do sistema proposto a ser instalado a bordo e o reaproveitamento da
água doce gerada como complemento ao tratamento.
4.3.2 PRODUÇÃO E APLICAÇÃO
Os equipamentos de produção de água doce em navios costumam usar dois métodos
de dessalinização, a saber: osmose reversa ou destilação a vácuo. A necessidade de
utilização de um ou outro equipamento, ou dos dois ao mesmo tempo, dependerá dos
aspectos físicos e operacionais da embarcação que será adaptada para receber o
equipamento para o tratamento proposto. Nos navios onde se observa uma quantidade
considerável de calor rejeitado pelos motores, é interessante, do ponto de vista energético
e econômico, utilizar essa energia para a geração de água doce e salmoura, a ser utilizada
para o tratamento da água de lastro. Para o caso do destilador a vácuo não ser capaz de
suprir a demanda da embarcação, uma planta de osmose reversa auxiliar poderá ser
instalada para complementar o restante da demanda.
O tempo de tratamento dependerá do volume de água de lastro a ser tratada.
Sabendo que embarcações de médio e grande porte possuem capacidade de lastro elevada
e que os geradores de água doce possuem limitações técnicas em relação à capacidade de
produção, adianta-se que o tempo de tratamento dificilmente ocorrerá em poucas horas.
Desse modo, estima-se que o tratamento da água de lastro ocorra ao longo da travessia,
com a salmoura sendo adicionada à medida que vai sendo produzida na água de lastro
contida nos tanques de lastro da embarcação.
Em relação a adição da salmoura na água de lastro, a primeira consideração
operacional a ser feita é que a adição seja feita por um dosador que aplicará a salmoura
26
na água por meio de uma rede que será responsável pela circulação da água de lastro.
Outra consideração importante a ser feita, é sobre a necessidade do uso de um
equipamento para concentrar a salmoura que sai dos dessalinizadores. Esse equipamento
é necessário, pois a concentração salina do resíduo que deixa os dessalinizadores (osmose
reversa e destilação a vácuo) é baixa. O processo de osmose reversa por exemplo, possui
fator de recuperação de 25%, ou seja, para uma determinada quantidade de água que entra,
apenas 25% é convertida em água doce. Se uma solução com baixa concentração for
aplicada, muita água também será enviada para os tanques, o que diminuiu a eficiência
do processo de diluição.
Além disso, e como já mencionado, a água doce gerada durante o processo de
dessalinização poderá ser utilizada como lastro. Vale ressaltar que o foco desse trabalho
é utilizar a salmoura como tratamento, todavia, como muita água doce será produzida o
uso desse recurso poderá reduzir consideravelmente o tempo de tratamento. Por ser isenta
de microrganismos e praticamente livre de sais minerais a água doce produzida nos
dessalinizadores e estudada para ser utilizada como lastro será adicionada em tanques
vazios (WHO, 2015).
Por questões de segurança, a quantidade de lastro necessária para a realização de
uma travessia costuma ser adicionado ainda no momento em que a embarcação está no
porto de origem. Sendo assim, a operação projetada para que a adição da água doce seja
possível, consiste em esvaziar os tanques cheios com água oceânica e enchê-los com a
água doce. Para que as condições de equilíbrio e estabilidade da embarcação não sejam
prejudicadas, a operação citada deverá ocorrer de forma individualizada, ou seja, o
esvaziamento e enchimento será feito em apenas um tanque por vez. Terminada a
operação em um dos tanques o processo se inicia no tanque seguinte.
Outra verificação importante para a elaboração da configuração proposta, é a
necessidade de duas redes para que essa manobra seja realizada. Uma das redes estará
encarregada de esvaziar o tanque selecionado e a partir do momento em que estiver vazio
uma segunda rede começará a preencher o tanque com a água doce. O processo se repete
de tanque para tanque.
A água doce produzida, também apresenta potencial biocida por se tratar de uma
solução hipotônica. O pH ácido, adquirido naturalmente pela absorção de gases também
colabora para o seu potencial. A partir disso, mesmo havendo lodo residual no fundo dos
tanques, com a possibilidade de estar contaminado com microrganismos, a água doce
27
deverá eliminá-los. Pesquisas laboratoriais precisam ser conduzidas para que as
evidências teóricas apresentadas possam ser comprovadas.
Em relação a operação conjunta da salmoura para o tratamento e da água doce
gerada e destinada para lastro, o sistema globalmente operará com uma parte dos tanques
sendo tratada com a salmoura, enquanto que a outra parte dos tanques será efetuada a
operação de adição da água doce citada acima. A quantidade de tanques tratados por um
método ou outro dependerá da capacidade geração dos equipamentos instalados, assim
como, do tempo de travessia da embarcação.
Outro ponto importante a ser dito é que sistemas de pré-tratamento serão
necessários para os dois métodos de dessalinização, visto que se a água for encaminhada
diretamente para os equipamentos sem passar por processos que reduzam a quantidade
de contaminantes presentes na água do mar, efeitos danosos ocorrerão nos equipamentos
de dessalinização. O processo de pré-tratamento poderá ser realizado por filtros ou
produtos químicos.
4.3.3 ARRANJO PROPOSTO
O arranjo pensando e que se encontra no Apêndice B, considera todos os aspectos
mencionados no item 4.3.2 “Produção e Aplicação”. A rede em vermelho é a rede
principal que alimenta os demais sistemas da praça de máquinas, como os trocadores de
calor, com água do mar. As redes verde e azul são as que circulam salmoura e água doce
respectivamente. Já a rede em laranja representa a rede responsável pela circulação da
água de lastro para a adição da salmoura.
Se a água doce não for utilizada como lastro, o circuito representado em azul
apenas direciona a água doce produzida para o consumo interno da embarcação. Para a
condição operacional onde a água doce é utilizada como lastro, ela é direcionada também
para os tanques. É importante destacar que para essa condição (água doce como lastro),
como já mencionado, a água será adicionada em tanques diferentes dos tanques que serão
tratados com a salmoura. É devido a isso, que os tanques que receberão água doce foram
denominados de Y, enquanto os que serão tratados com salmoura estão denominados por
X. Se o sistema apenas operar com salmoura, essa divisão não é necessária.
A rede logo abaixo da rede principal de alimentação (vermelha) onde é mostrado
um fluxo vindo dos tanques Y, representa a rede responsável pela operação de esvaziar o
tanque previamente cheio com água do mar para a manobra de adição da água doce.
28
4.4 CONSIDERAÇÕES SOBRE A CORROSÃO DO AÇO EM MEIOS SALINOS
Não restam dúvidas que a corrosão é sempre um assunto a ser pensado no caso de
metais em contato com água salgada. Para entender e verificar qual seria o impacto que
o aço do casco dos navios sofreria quando exposto a um meio mais salino do que a água
do mar foi utilizado o estudo conduzido por Onyeji et al. (2017), que teve como objetivo
mensurar a taxa de corrosão de diferentes tipos de aço carbono quando expostos a
soluções com diferentes concentrações salinas. A pesquisa em questão comprovou que a
taxa de corrosão dos aços testados aumenta até um determinado ponto, à medida que a
concentração salina aumenta. Esse ponto é denominado de ponto crítico. Todavia, a partir
do ponto crítico, dois comportamentos distintos podem ser observados para a taxa de
corrosão dos aços à medida que a concentração salina aumenta, a saber: permanece
constante em relação à taxa atingida no ponto crítico ou diminui. De maneira geral, todos
os tipos de ligas de aço-carbono testadas apresentaram um ponto crítico de corrosão para
concentrações em torno de 3,5%, ou seja, 35 g/l, o que corresponde à média de
concentração salina das águas oceânicas.
O método de avaliação utilizado pelos autores foi verificar a perda de peso dos
corpos de prova utilizados nos testes, após serem expostos por um determinado tempo à
solução. Outra característica relevante do estudo é que a experimentação foi realizada
para dois tipos de ambientes: aerado e desaerado, de modo a mostrar a real importância
do oxigênio no processo da corrosão metálica.
Figura 7. Variação da taxa de corrosão de diferentes tipos de aço para diferentes
concentrações salinas: condição aerada e desaerada (Fonte: Onyeji et al., 2017).
29
Figura 8. Taxa de corrosão para diferentes tempos de exposição a soluções salinas
(Fonte: Onyeji et al., 2017)
Pelos gráficos mostrados nas figuras 7 e 8 a primeira observação a ser feita é que a
taxa de corrosão é consideravelmente maior para situações em que há oxigênio
disponível. Essa colocação também é importante para o entendimento do comportamento
da curva de corrosão mostrada nos gráficos. Ao concentrar sais em uma solução e colocá-
la em contanto com objetos metálicos, duas situações ocorrem. Numa primeira fase, a
corrosão tende a aumentar e há a formação de compostos intermediários da oxidação.
Esse aumento da corrosão ocorre devido à diminuição do pH da solução, que possui
a propriedade de catalisar a reação de oxidação do aço, devido à presença de ânions e
cátions liberados durante a reação. Em seguida, o aumento da concentração de sais e
óxidos durante o processo de corrosão reduz drasticamente a solubilidade do oxigênio na
água. Com isso, é possível concluir que a diminuição da solubilidade do oxigênio passa
a ser o efeito predominante a partir do ponto crítico, sendo a razão para a diminuição da
taxa de corrosão para todos os tipos de aços testados à medida que a concentração salina
é aumentada. Assim sendo, a taxa de corrosão a partir do ponto crítico permanece
constante ou até mesmo diminui para alguns casos.
É necessário destacar que, no início da curva, a redução da solubilidade do oxigênio
ocorre de maneira bem discreta, pois a concentração de sais e óxidos ainda é baixa,
prevalecendo a primeira condição supracitada. Conclui-se, assim, que o uso da salmoura
para tratamento não trará maiores impactos a corrosão da estrutura se comparado com os
impactos já causados pela própria água do mar.
30
5. DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE TRATAMENTO
5.1 ESTUDO DE CASO
O presente capítulo se destina ao dimensionamento e determinação do tempo de
tratamento que o sistema de tratamento proposto demandará para o processamento da
água de lastro para situações reais. Para tal, dados de duas embarcações do tipo Panamax
foram utilizadas como referência, a saber: os navios graneleiros Equinox Voyager e Spar
Scorpio, com 50.568 e 53.565 de toneladas de porte bruto, respectivamente. As
informações coletadas para o início da análise incluíram as dimensões principais, a
capacidade dos tanques de lastro e as características do sistema de propulsão (Tabela 5).
Figura 9. Equinox Voyager e Spar Scorpio (à direita) (Fonte: marinetraffic.com).
Tabela 5. Características principais das embarcações de referência. (Fonte:
CROATIAN SHIPBUILDING, Chegxi Shipyard e ClassNK.)
Name Equinox Voyager Spar Scorpio
Type Bulk Carrier Bulk Carrier
Comprimento Total 190 m 190 m
Boca 32,24 m 32,26 m
Calado de projeto 12 m 12,54 m
TPB 50568 ton 53565 ton
Tanques de Lastro 16970 m³ 18126 m³
Tanques de Água Doce para cons. 265 m³ 265 m³
MCP 8580 KW 9480 KW
3 x 680 KW
1 x 175 KWGenerator Set 2450 KW
31
A verificação inicial para o dimensionamento do tratamento proposto, consiste
primeiramente em avaliar a quantidade de calor rejeitada pelos motores a combustão das
embarcações. Essa avaliação é importante, pois permite analisar a capacidade das
embarcações em produzir salmoura e água doce através do reaproveitando do calor
rejeitado dos motores e através disso, identificar se há a necessidade do uso de um
dessalinizador auxiliar, que no caso é a osmose reversa.
5.2 DESTILAÇÃO A VÁCUO
Ambos os navios adotados como referência para o presente estudo – Equinox
Voyager e Spar Scorpio – são equipados com motores Diesel de baixa rotação e utilizam
óleo residual (HFO – Heavy Fuel Oil) como combustível. O fabricante de motores de
baixa rotação WINGD foi adotado como o fornecedor de referência para o presente
trabalho. Na Figura 10 são apresentados os dados operacionais estimados para o motor
de propulsão do navio Equinox Voyager (8730 kW @ 127 rpm) e que também será
utilizado para os cálculos do navio Spar Scopio.
Figura 10. Ponto de operação do motor selecionado como modelo (Fonte: WINGD).
32
Figura 11. Balanço térmico e configuração do sistema de resfriamento do motor de
propulsão – Equinox Voyager (Fonte: WINGD).
Em relação ao sistema de resfriamento do motor de propulsão, o fornecedor
WINGD apresenta de duas configurações, uma denominada ISO e a outra Design. A
diferença entre as duas são as características do ar de lavagem dos motores, quanto aos
valores de temperatura e umidade do ar. Os valores mostrados Figura 11 são referentes à
condição Design em 100% de carga. Na Figura 11, SAC significa Scavenge Air Cooler e
CC se refere à Central Cooler. A tabela completa de calor rejeitado para faixas de
potência tanto na condição ISO quanto Design podem ser encontradas no Anexo C. Para
o presente projeto foi utilizado os dados da tabela Design.
5.2.1 VALORES DE REFERÊNCIA
Na sequência dos fatos, para descobrir a quantidade de salmoura e
consequentemente água doce produzida pelo destilador a vácuo foi necessário cruzar o
balanço energético do motor, mais precisamente a energia desperdiçada no trocador de
calor do motor (Cylinder, com temperatura de saída em torno de 90 °C), com a consumo
energético requerido do equipamento para produzir uma tonelada de água doce. Somente
foi utilizado a energia do trocador de calor do motor, pois a temperatura operacional dos
outros trocadores é baixa.
A imagem 12 abaixo, retirada do fornecedor de equipamentos e projetos navais
Wärtsilä mostra a curva de consumo de energia para um destilador a vácuo multi-estágios
em relação a quantidade de estágios destilatórios.
33
Figura 12. Relação de estágios de dessalinização e quantidade de calor requerida por
tonelada de água doce gerada (fonte: Wätsilä)
A partir da figura 12, um valor médio foi adotado para a demanda térmica do
destilador a vácuo, que é 140 kWh por tonelada de água doce gerada. Além disso, é
necessário considerar que embarcações durante a travessia não costumam operar com
100% da carga dos motores. Através de pesquisas sobre modos operacionais de
embarcações, foi considerado o ponto de operação de 85% de carga dos motores.
Outro fator importante a ser considerado para a determinação do tempo de
tratamento é a eficiência do processo de dessalinização do equipamento. De acordo com
o fornecedor Wärtsilä, a quantidade de sais presentes após o processo para os seus
destiladores a vácuo é de 4 ppm por litro, ou seja, eficiência superior a 99,99%. E a
concentração salina média adotada para a água do mar foi de 34 g/l.
5.2.2 DILUIÇÃO DA SALMOURA
Para que a aplicação da salmoura seja possível, conforme o que foi descrito no
item 4.3.2 “Produção e aplicação”, é necessário investigar como o processo de diluição
irá ocorrer. A primeira consideração a ser feita é que se todos os tanques de lastro
estiverem completamente cheios, a adição da salmoura implicará que uma parte da água
de lastro seja descartada, pois o volume excederá o permissível dos tanques.
Para resolver esse problema, duas soluções são possíveis. A primeira consiste em
eliminar o excedente que transbordar e a segunda opção é retirar uma quantidade de água
dos tanques para que a adição da salmoura ocorra sem que haja o transbordamento. Por
haver a possiblidade de uma grande quantidade de água ter que ser removida para que a
salmoura seja aplicada, o que pode trazer problemas operacionais e de segurança para a
embarcação, a opção a ser estudada é a primeira.
34
Para isso, primeiramente é necessário analisar qual a concentração de salmoura
que será adicionada na água de lastro, com o objetivo de entender o volume real a ser
tratado. Antes é válido ressaltar que, quanto mais concentrada for a solução menor será o
volume de água que terá que ser eliminada como excedente. Outro fator é que a diluição
de sais em água possui um limite.
Salmouras industriais foram utilizadas como parâmetro para a determinação da
concentração da salmoura a ser utilizada no tratamento. A concentração utilizada para a
análise é a salmoura com concentração de 200 g/l. Sabendo disso, a verificação feita
abaixo busca determinar o quanto de água poderá ser tratada com 1 litro de salmoura
concentrada em 200 g/l.
𝐶1𝑉1 + 𝐶2𝑉2 = 𝐶𝐹𝑉𝐹 (I)
34𝑔
𝑙 𝑥 𝑉1 + 200
𝑔
𝑙𝑥 1𝑙 = 85
𝑔
𝑙𝑥 (1 + 𝑉1) (II)
𝑉1 = 2,25 𝑙 (III)
Onde 𝐶1e 𝐶2, são as concentrações iniciais das soluções a serem diluídas. 𝑉1 e 𝑉2,
são os volumes das soluções e 𝐶𝐹 e 𝑉𝐹 é a concentração e o volume final da solução gerada
pela mistura das duas soluções (água do mar e salmoura) respectivamente. Pela equação
III é possível ver que para cada 1 litro de salmoura a 200 g/l é possível tratar 2,25 litros
de água de lastro. Com isso, somado o volume da salmoura inserido, têm-se ao final do
processo 3,25 litros de água tratada.
O volume total excedente a ser descartado é dado pela seguinte relação:
𝑉𝐸𝑥𝑐 =1
3,25 (IV)
𝑉𝐸𝑥𝑐 ≈ 30 %
𝑉𝐸𝑥𝑐, significa volume excedente.
Ou seja, o valor encontrado acima significa que para a aplicação da salmoura pelo
método de transbordamento, 30% de água a mais do volume inicial terá que ser
descartado. Ou seja, o sistema terá que tratar 130% volume inicial dos tanques de
lastro.
5.2.3 TEMPO DE TRATAMENTO
Com as premissas apresentadas acima, é possível determinar o tempo de
tratamento utilizando apenas utilizando o destilador a vácuo para as duas embarcações
estudadas.
35
Energia térmica disponível:
𝐸𝑑𝑖𝑠𝑝 = 𝐸𝐶 (V)
𝐸𝑑𝑖𝑠𝑝 = 965 KW
𝐸𝑑𝑖𝑠𝑝.85%: Energia disponível.
𝐸𝐶: Energia rejeitada nos trocadores de calor do motor (Cylinder).
Toneladas de água doce produzida em um dia:
∆Á𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑜𝑐𝑒= 965 𝐾𝑊
140𝐾𝑊ℎ
𝑡𝑜𝑛
= 6,89 𝑥 0,99 = 6,82 𝑡𝑜𝑛/ℎ (VI)
∆Á𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑜𝑐𝑒= 6,82 𝑡𝑜𝑛/ℎ 𝑥 24 ℎ = 163,68 𝑡𝑜𝑛/𝑑𝑖𝑎 (VII)
∆Á𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑜𝑐𝑒: Volume de água doce produzida.
Toneladas de sais produzidos em um dia:
∆𝑠𝑎𝑖𝑠= 163,68 𝑡𝑜𝑛 𝑥 0,034𝑡𝑜𝑛
𝑚3 = 5,56 𝑡𝑜𝑛/𝑑𝑖𝑎 (VIII)
∆𝑠𝑎𝑖𝑠: Quantidade de sal gerado pelo processo de dessalinização
Toneladas de água de lastro tratada com os sais gerados:
𝐿𝑇𝑆𝑎𝑙𝑚𝑜𝑢𝑟𝑎 =5,56 𝑡𝑜𝑛
(0,085𝑡𝑜𝑛
𝑚³−0,034
𝑡𝑜𝑛
𝑚³)
= 109,01 𝑡𝑜𝑛 (IX)
𝐿𝑇𝑆𝑎𝑙𝑚𝑜𝑢𝑟𝑎: Quantidade de lastro tratado utilizando salmoura.
O valor utilizado de 0,085 ton/m³ corresponde a concentração necessária para tratar
a água de lastro, como visto anteriormente. Considerando que para cada litro de água de
lastro tratada com salmoura, mais 0,3 L deverão ser tratados também devido ao excedente,
a quantidade real de lastro tratado com salmoura será:
𝐿𝑇𝑆𝑎𝑙𝑚𝑜𝑢𝑟𝑎 =109,01
1,3= 83,85 𝑡𝑜𝑛 (X)
Para a determinação do tempo de tratamento utilizando água doce e salmoura, é
necessário considerar também o consumo diário da tripulação e dos equipamentos a
bordo. Assumindo que as embarcações estudadas possuem em média 20 tripulantes e
adotando a quantidade diária de 100 litros de água doce por pessoa, como recomendado
36
pela Organização Mundial da Saúde (OMS), o valor encontrado na equação VII deverá
ser subtraído em 2 m³. Por não haver uma medida exata da quantidade de água doce
requerida para a operação da embarcação, para esse trabalho será adotado o dobro da
quantidade que foi utilizada para a tripulação. Com isso, é necessário também subtrair da
equação VII mais 4 m³. A partir disso, o tempo de tratamento conciliando a salmoura e a
água doce foi calculado da seguinte maneira:
𝐿𝑇𝑆𝑎𝑙𝑚𝑜𝑢𝑟𝑎+𝐴𝐷 = 83,85 𝑡𝑜𝑛 + 163,68 𝑡𝑜𝑛 − 6 𝑡𝑜𝑛 = 241,53 𝑡𝑜𝑛/𝑑𝑖𝑎 (XI)
𝐿𝑇𝑆𝑎𝑙𝑚𝑜𝑢𝑟𝑎+𝐴𝐷: Quantidade de lastro tratada, considerando o uso da salmoura para
tratamento e da adição da água doce como lastro.
Tempo de tratamento - Equinox Voyager:
𝑇𝑠𝑎𝑙𝑚𝑜𝑢𝑟𝑎 = 16970
83,85= 202,38 𝑑𝑖𝑎𝑠 (XII)
𝑇𝑠𝑎𝑙𝑚𝑜𝑢𝑟𝑎+𝐴𝐷 = 16970
241,53= 70,26 𝑑𝑖𝑎𝑠 (XIII)
𝑇𝑠𝑎𝑙𝑚𝑜𝑢𝑟𝑎: Tempo de tratamento apenas utilizando a salmoura.
𝑇𝑠𝑎𝑙𝑚𝑜𝑢𝑟𝑎+𝐴𝐷: Tempo de tratamento utilizando a salmoura e a água doce.
Tempo de tratamento - Spar Scorpio:
𝑇𝑠𝑎𝑙𝑚𝑜𝑢𝑟𝑎 = 18126
83,85= 216,17 𝑑𝑖𝑎𝑠 (XIV)
𝑇𝑠𝑎𝑙𝑚𝑜𝑢𝑟𝑎+𝐴𝐷 = 18126
241,53= 75,04 𝑑𝑖𝑎𝑠 (XV)
Como é possível observar, o tempo de tratamento é inviável quando só é utilizado
o calor rejeitado pela motor principal. A pior condição é quando apenas é utilizado a
salmoura. O processo tem o tempo de tratamento diminuído em cerca de 3 vezes quando
a água doce também é utilizada como lastro. Para sanar essa deficiência e como já foi
mencionado, uma planta de osmose reversa que auxilie na produção deve ser utilizada de
forma a aumentar a quantidade de água de lastro tratada e consequentemente reduzir o
tempo de tratamento encontrado.
5.3 OSMOSE REVERSA
Para descobrir qual será a real redução do tempo de tratamento com a adição de um
gerador de água doce por osmose reversa, para as embarcações que estão sendo estudadas,
equipamentos de osmose reversa foram pesquisados. A tabela 6 abaixo, retirada do site
37
do fornecedor PURE AQUA, INC.® mostra os equipamentos disponíveis, cuja
capacidade de produção pode variar entre 30 à 2500 m³ por dia.
Tabela 6. Catálogo contendo modelos de plantas de osmose reversa (Fonte: PURE
AQUA, INC.®)
O procedimento para a verificação da quantidade de lastro que pode ser tratada
utilizando o processo de osmose reversa baseado nos dados dos equipamentos da tabela
6 acima, consistiu dos mesmos cálculos efetuados para o processo de destilação a vácuo,
com exceção da equação número V.
O valor de referência utilizado para a eficiência do processo de osmose reversa foi
de 99,3% (DASHTPOUR, et al., 2012). Todas as considerações levantadas para o
processo de dessalinização também foram inseridas no cálculo do tempo de tratamento
quando conciliado os dois equipamentos. A partir disso, como o processo de osmose
reversa é complementar ao destilador a vácuo, o tempo de tratamento apresentado na
tabela 7 será o resultado quando os dois equipamentos estiverem em operação.
Tabela 7. Tempo de tratamento encontrado para as embarcações Equinox Voyager e
Spar Scorpio, conciliando a dessalinizador a vácuo e a osmose reversa.
TEMPO DE TRATAMENTO EM DIAS
Equinox Voyager Spar Scorpion
Eq. Osmose
Reversa
Salmoura +
Água Doce Salmoura
Salmoura + Água
Doce Salmoura
SW-8.0K-1280 57,45 169,80 61,37 181,36
SW-12K-1380 53,36 157,74 57,00 168,49
38
SW-16K-1480 49,60 146,64 52,98 156,63
SW-24K-2380 43,80 129,54 46,78 138,36
SW-32K-2480 39,22 116,01 41,89 123,91
SW-48K-2680 32,34 95,69 34,54 102,21
SW-64K-4480 27,58 81,63 29,46 87,19
SW-72K-3680 25,63 75,87 27,38 81,03
SW-96K-4680 21,27 62,96 22,72 67,25
SW-112K-4780 19,07 56,46 20,37 60,30
SW-136K-5680 16,52 48,92 17,64 52,25
SW-168K-6780 14,03 41,54 14,98 44,37
SW-196K-7780 12,39 36,69 13,23 39,19
SW-224K-8780 11,09 32,86 11,85 35,09
SW-252K-9780 10,04 29,75 10,73 31,77
SW-280K-10780 9,17 27,18 9,80 29,03
SW-317K-12780 8,23 24,39 8,79 26,05
SW-420K-15780 6,40 18,97 6,84 20,27
SW-500K-18780 5,46 16,18 5,83 17,29
SW-660K-18880 4,22 12,50 4,51 13,35
Observa-se que a instalação da planta de osmose reversa possibilita uma redução
considerável no tempo de tratamento. Como exemplo, a instalação do modelo SW-224K-
8780, de 848 m³ de capacidade de geração, conseguiria reduzir em 170 dias o tempo de
tratamento encontrado para a situação em que apenas salmoura produzida pelo destilador
a vácuo Já para a condição água doce mais salmoura, o tempo de tratamento será reduzido
em mais de 50 dias. O uso da osmose reversa é fundamental para que o tempo de
tratamento seja reduzido.
5.3.1 ALOCAÇÃO DA PLANTA DE OSMOSE REVERSA
Sabe-se que apesar de mais compacto que um destilador a vácuo uma planta de
osmose reversa com essa capacidade de geração tende a ocupar espaços significativos.
Como a praça de máquinas de uma embarcação é um local onde praticamente toda a área
está ocupada por equipamentos diversos, instalar uma planta desse tipo torna-se um
problema. No intuito de solucionar esse problema, uma possível alternativa é tornar essa
planta modular, ou seja, colocá-la em containers e posicioná-los em um outro lugar fora
da praça de máquinas, como por exemplo, no convés da embarcação em que a operação
possa ser feita sem nenhum comprometimento operacional. Para o modelo citado acima
SW-224K-8780, um container de padrão de 40 pés acomodaria a planta.
39
5.4 ALTERNATIVAS PARA REDUZIR O TEMPO DE TRATAMENTO
Abaixo seguem as possíveis alternativas encontradas para que o tempo de
tratamento apresentado acima, seja reduzido.
A redução do tempo de tratamento pode ser conseguida se um método
complementar de tratamento for utilizado. Para esse projeto foi estipulado a quantidade
de 85 g/l de sais para o tratamento, concentração necessária para eliminar a bactéria
Eschericia coli. Porém de acordo com o que foi apresentado no capítulo 4.2
“Considerações sobre a Salmoura como Biocida”, concentrações menores e com maior
tempo de exposição possuem resultados que se aproximam de soluções mais concentradas
em 1 hora de exposição. É por isso que, se as outras espécies forem eliminadas em
concentrações salinas menores que 85 g/l, o uso de um método de tratamento para
eliminar a bactéria Eschericia coli., como o UV, pode ser utilizado. A consequência disso,
é a redução da concentração da salmoura e também do tempo de tratamento.
Para reduzir o tempo de tratamento outra solução possível é armazenar salmoura
na embarcação. Para isso, durante uma travessia em que o uso do lastro não seja
necessário, é possível que a embarcação ao longo dessa travessia produza e armazene a
salmoura para utilizar em futuras travessias.
Outro fator a ser falado, é que muito calor é desperdiçado na praça de máquinas
de uma embarcação. Para esse trabalho só foi considerado o calor rejeitado no trocador
de calor dos motores devido a temperatura de operação desse sistema. Os outros
trocadores possuem temperatura de operação inferior ao do trocador de calor dos motores,
por isso, para esse momento não foram aproveitados. No caso do trocador de calor do ar
de lavagem dos motores onde a temperatura de operação é em torno de 70°C se
adaptações forem feitas, esse calor também poderá ser utilizado para a geração de água
doce e salmoura.
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
O primeiro ponto a ser considerado é que o problema da água de lastro não é um
problema simples de ser resolvido. Como pode ser visto, para a elaboração de uma
solução, diversos componentes devem ser considerados, ou seja, não basta apenas uma
solução ótima para uma parte do sistema se os outros componentes serão afetados
negativamente por essa ação. O projeto do sistema de tratamento de lastro, assim como
40
qualquer outro projeto complexo, deverá ser composto por um conjunto de soluções que
satisfaça da melhor maneira todos os componentes envolvidos.
Pautado nisso, o objetivo do presente trabalho foi mostrar o potencial do método de
tratamento utilizando os resíduos e produtos produzidos pelos equipamentos de
dessalinização, de forma a evidenciar a melhor configuração de soluções possíveis para
o sistema em questão. Apesar de todas as considerações e análises feitas, muitas questões
ainda precisam ser resolvidas para que um dia a alternativa possa vir a ser apresentada
como um sistema comercial para o tratamento da água de lastro.
Em relação as vantagens desse método de tratamento, o primeiro fator a ser
considerado, e sendo o principal diferencial desse sistema se comparado com os
equipamentos disponíveis no mercado, é o conjunto de fatores que compõem o tratamento
proposto sem que haja adição de produtos químicos nocivos tanto para a tripulação,
quanto para a embarcação e oceano. Sal e água, gerados por métodos de filtração e
evaporação estão isentos de produtos que geram riscos quando aplicados e descartados.
Em adição, outra vantagem de se utilizar salmoura e a água doce como tratamento,
é o reaproveitamento de três elementos importantes que são: calor rejeitado pelas
máquinas térmicas, a própria água doce e a salmoura. No caso dos dois últimos, captar
esses recursos no processo de deslastro da embarcação em um terminal portuário para
futuras utilizações pode ser uma alternativa viável e interessante. No caso da água, por
praticamente não apresentar sais diluídos, ela poderá passar por tratamentos de forma a
possibilitar que ela seja utilizada, como por exemplo para indústria. Outra aplicação
interessante se dá para o caso de países que possuem portos e que passam por problemas
de escassez no abastecimento de água doce. Apesar dessa alternativa ajudar apenas em
uma ínfima parte do problema ela não deixa de ser uma possibilidade de colaborar na
mitigação do problema. Enquanto a salmoura, pode ser reaproveitada também para a
indústria, assim como, para outras embarcações que chegarão ao porto e que poderão
utilizar-se desse recurso para acelerar o processo de tratamento da sua água de lastro.
A principal desvantagem desse tratamento observada para essa fase inicial de
projeto, é o tempo demandado para a realização do tratamento apesar das vantagens
citadas acima, a limitação na questão tempo é um dos problemas a serem resolvidos e que
podem inviabilizar o método. Uma alternativa para reduzir esse problema, além das que
foram mencionadas no item 5.4 “Alternativas para Reduzir o Tempo de Tratamento”, é a
melhoria da eficiência de produção dos equipamentos de dessalinização. Equipamentos
mais eficientes reduziriam consideravelmente o tempo de tratamento.
41
No item 5 “Dimensionamento do Sistema de Tratamento”, verificou-se que a
melhor configuração para o sistema proposto ocorre quando a água doce também é
utilizada como lastro. O uso da mesma, possibilitou uma redução considerável nos tempos
de tratamento. Com isso, viabilizar o modo operacional de aplicação da água doce que
foi sugerido no capítulo 4 “Salmoura para o tratamento da Água de Lastro” ou até mesmo
desenvolver um novo modo trará grandes vantagens para o sistema proposto.
Por fim, conclui-se que o método de tratamento proposto é uma alternativa com
potencial e que se mais estudada e desenvolvida pode vir a ser um método eficaz e
eficiente para o combate de um dos maiores problemas ambientais que a humanidade está
enfrentando nos últimos anos.
42
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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45
APÊNDICE A
46
Figura A1. Espécies que foram utilizadas por BRADIE (2009) para a realização das
experimentações com salmoura. Retirado de: BRADIE (2009)
Figura A2. O Gráfico representa a taxa de sobrevivência das espécies quando expostas a
diferentes concentrações de salmoura. A abcissa refere-se a concentração de sal utilizada,
enquanto que as ordenadas representa a taxa de sobrevivência das espécies. O asterisco
mostrado para a concentração salina igual a 60, significa que o teste foi conduzido por
duas horas, enquanto para os demais o teste foi realizado em apenas 1 hora de exposição.
Além disso, a faixa branca em cada coluna representa os valores médios de sobrevivência
obtidos. Retirado de: BRADIE (2009).
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Figura A3. O gráfico é similar ao mostrado na figura A2, todavia os diferentes
preenchimentos das colunas (coluna pintada de preto, listrada, cinza e branco) significa a
taxa de sobrevivência em uma hora de exposição de espécies especificas para diferentes
concentrações salinas. A coluna em preto representa os resultados obtidos para a espécie
copepoda, listras na vertical, copepod nauplii, coluna em cinza, rotífera e coluna em
branco representa as demais espécies. Retirado de: BRADIE (2009)
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APÊNDICE B
49
APÊNDICE C
Tabela C1. Balanço energético do motor selecionado. Condição ISO.
Tabela C2. Balanço energético do motor selecionado. Condição Design.
