EXPERIMENTO PARA AVALIAÇÃO DA TAXA DE
ÓLEO
ESPALHAMENTO DE
Mendes, L.B.1.; Nunes, L.M.P.1
1
Centro de Pesquisas Leopoldo A. Miguez de Mello – CENPES – PETROBRAS, I. do Fundão, Cidade Universitária, Q7 s/n, Rio de
Janeiro, RJ, 21949-900, 21-3865-6848, [email protected]
Palavras Chave: modelagem de dispersão , tipos de óleo , tanque experimental
Introdução
Atualmente as questões ambientais envolvendo a poluição por óleo no meio aquático demandam
cada vez mais atenção por parte dos diversos setores da PETROBRAS.
Exigências dos órgãos ambientais (IBAMA, FEEMA, CETESB, entre outros), podem afetar as
atividades da PETROBRAS, caso não sejam atendidas em prazo hábil e de forma integral.
Em muitos casos as simulações computacionais envolvendo derrames de óleo que objetivam
respaldar as decisões tomadas por setores fundamentais como Exploração e Produção, Abastecimento ou
Distribuição de petróleo necessitam ser alimentadas com informações obtidas somente a partir da
literatura técnico-científica disponível.
Parâmetros como a taxa de espalhamento de uma mancha de óleo (1) - no início de um vazamento
posicionado na interface ar-mar, por exemplo - são ainda escassos na literatura. Este fato é agravado
quando a questão envolve o comportamento de óleos típicos de produção nacional.
Assim, este trabalho pretende apresentar uma metodologia de caráter experimental, visando
aprimorar a qualidade das informações requeridas para alimentar modelos computacionais de última
geração (“ADIOS 2”, “OILMAP”) que simulam o comportamento da mancha de óleo em ambientes
aquáticos.
Material e Métodos
Procurando atender aos objetivos descritos, foram projetados dois experimentos com óleos de
diferentes características físico-químicas (densidade, viscosidade, volatilidade).
Os óleos utilizados foram obtidos por intermédio da técnica de petróleo Jussara Maria Dias
Cortes do setor de geoquímica de petróleo do CENPES.
Estes experimentos foram conduzidos utilizando um tanque constituído por uma calha de
amianto com capacidade para 300 litros fechada nas extremidades com placas de amianto recortadas e
coladas com adesivo de nome comercial “tubolite”. O tanque (com 6 m de comprimento e 30 cm de
altura) foi revestido com uma manta plástica para que pudesse ser reutilizado quantas vezes fossem
necessárias. Foi utilizada água doce no interior do tanque e não houve movimentação hidrodinâmica ao
longo do experimento. A borda lateral do tanque foi previamente graduada ao longo do seu comprimento
(com intervalos de 50 em 50 cm), para que o espalhamento inicial do óleo (“spreading”) fosse
acompanhado e cronometrado .
Foram efetuadas duas simulações de vazamentos com volume inicial de 100 ml de óleo , sendo a primeira
com óleo BSS-64 (bacia de Santos) e a segunda com óleo RJS-613 (bacia de Campos) mais pesado que o
anterior. Os principais resultados se encontram descritos na Tabela 1 e podem ser observados nas
Figuras 1 a 3.
Figura 1 . Espalhamento do óleo após
07 minutos (experimento 1)
Figura 2 . Espalhamento do óleo após
06 minutos (experimento 2)
Tabela 1. Resumo dos resultados obtidos nos dois experimentos executados em 20/02/2004.
Tipo ρ óleo Volume
N0 do
experim. de [kg/m3] [cm3]
óleo
Inclinação
do tanque
[graus]
Tempo decorrido desde o lançamento até a distância
percorrida pelo óleo
01
minuto
01
02
BSS
64
RJS
613
820,9
956,0
100
100
0
0
02
minutos
03
minutos
1,67 m
2,31 m
Foto 1
01
minuto
0,35 m
Foto 2
02
minutos
0,43 m
Foto 3
03
minutos
0,50 m
Foto 4
Foto 6
04
05
minutos minutos
0,75 m 0,53 m
Foto 9
Foto 10
Foto 11
Foto 12
1,13 m
Temperatura
do ar
[ 0C ]
04
07
minutos minutos
3,50 m
3,67 m
31,7
31,7
Foto 13
As velocidades de espalhamento observadas ao longo dos 2 experimentos demonstraram
diferenças. No experimento 1 (óleo com densidade 802,9 kg/m3) a velocidade do espalhamento foi maior
no 1º e 4º minutos , tendo seu máximo no 4º minuto (119 cm/min). Não houve influência do vento, o que
permitiu observar o decaimento da velocidade do espalhamento nos próximos 3 minutos até a
estabilização do movimento .
De forma semelhante, no experimento 2 (óleo com densidade 956,0 kg/m3) a velocidade do
espalhamento foi maior no 1º e 4º minutos , tendo seu máximo no 1º minuto (35 cm/min). No entanto, ao
final do experimento, após o 4º minuto houve influência significativa do vento. A mancha de óleo sob
influência do vento em sentido contrário ao do espalhamento praticamente retornou ao local inicial do
vazamento , ali permanecendo num estado estacionário.
Figura 3. Velocidade de espalhamento observada ao longo de ambos experimentos executados.
De acordo com Chao, N. X. (2), o espalhamento pode ser estimado em função da densidade do
óleo e da água, da velocidade do vento, do volume vazado e do tempo decorrido desde o início do
vazamento segundo a formulação :
A = 2270(Δρ/ρo)2/3 V2/3 t1/2 + 40(Δρ/ρo)1/3 V1/3 U4/3 t
(1)
Onde : ρo = Densidade do óleo
Δρ = Diferença entre densidade do óleo e a densidade da água (utilizada)
V = Volume do óleo
t = tempo de espalhamento
U = Velocidade do vento
A = Área ocupada pela mancha de óleo
Com base nesta proposição, também utilizada por modelos matemáticos de uso comercial,
(“Oilmap”) foram calculadas as dimensões das manchas obtidas nos dois experimentos. Assumindo-se
espalhamento radial, foi possível determinar as velocidades de espalhamento ao longo do tempo
conforme indicado nas Figuras 4 e 5. Desta forma foi possível avaliar a compatibilidade entre os
resultados obtidos a nível experimental com aqueles calculados com base na equação acima .
Figura 4. Tendência obtida para o decaimento da
velocidade de espalhamento (experimento1)
Figura 5. Tendência obtida para o decaimento da velocidade
velocidade de espalhamento (experimento 2)
Conclusões
O experimento teve como objetivo principal demonstrar a viabilidade da obtenção de parâmetros
que permitem estimar o comportamento do óleo na água. Na literatura existem diversas avaliações destes
parâmetros e de fórmulas analíticas, entretanto todo este material disponível é relativo à petróleos não
produzidos no Brasil e sob condições ambientais distintas das nossas.
Os resultados obtidos mostram que para óleos leves, sem influência da ação do vento (caso do
experimento 1), o espalhamento da mancha converge muito bem com o predito pela formulação (Eq.1).
No entanto, para óleos pesados, e sob influência da ação do vento (experimento 2), há diferenças de cerca
de 70 % entre o espalhamento observado e o predito.
Portanto, torna-se evidente a importância de um tanque de provas para estimativa de parâmetros
envolvidos nos processos de modelagem, inicialmente do espalhamento (“spreading”) e da evaporação,
futuramente de outras propriedades físico-quimicas do óleo na água.
Os resultados experimentais obtidos - de forma independente - demonstraram ser da mesma
ordem de grandeza daqueles obtidos por modelos matemáticos citados pela literatura científica. No
entanto são necessárias comparações com outras seqüências experimentais - executadas sob condições
ambientais controladas - para que possam ser utilizados em futuras aplicações para a indústria de
petróleo.
Referências
1
Fazal, R. A & Milgram, J. H. The effects of surface phenomena on the spreading of oil on water.
Massachusetts Institute of Technology Cambridge Massachusetts. Report No MITSG 79-31. November
1979
2
Chao , X, N. Shankar, J. & Cheong, H, F. “Two – and three-dimensional oil spill model for coastal
waters”, Ocean Engineering N0 28, pp 1557-1573, October 2000