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Patrício José Moreira Pires

Desenvolvimento de um Sistema de Dessorção Térmica

In Situ para Remediação de Materiais Contaminados por

Hidrocarbonetos de Petróleo

Dissertação de Mestrado

Dissertação apresentada ao programa de pós-graduação em Engenharia Civil da PUC-Rio como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil.

Orientador: Prof. José Tavares Araruna Júnior

Rio de Janeiro

Maio de 2004

DBDPUC-Rio - Certificação Digital Nº 0210665/CB


Desenvolvimento de um Sistema de Dessorção Térmica

In Situ para Remediação de Materiais Contaminados por

Hidrocarbonetos de Petróleo

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da PUC-Rio. Aprovada pela Comissão Examinadora abaixo assinada.

José Tavares Araruna Júnior Orientador

Departamento de Engenharia Civil - PUC-Rio

Tácio Mauro Perreira de Campos Departamento de Química – PUC-Rio

Maria Isabel Paes da Silva Departamento de Engenharia Civil – PUC-Rio

Ana Paula Lougon Duarte Universidade Federal Fluminense – UFF

Eng. Carlos António M. dos Santos REDUC / Petrobrás

Prof. José Eugênio Leal Coordenador Setorial do

Centro Técnico Cientifico da PUC-Rio

Rio de Janeiro, 28 de Maio de 2004


Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução total ou parcial do trabalho sem autorização da universidade, do autor e do orientador.


Engenheiro Civil formado pela Universidade Federal da Paraíba – UFPB – em Maio de 2002.

Ficha Catalográfica

Pires, Patrício José Moreira

Desenvolvimento de um Sistema de Dessorção Térmica In Situ para Remediação de Materiais Contaminados por Hidrocarbonetos de Petróleo . Patrício José Moreira Pires; orientador: José Tavares Araruna Júnior - Rio de Janeiro: PUC, Departamento de Engenharia Civil, 2004.

v. , [20] 189 f. :il ;29.7 cm.

1. Dissertação (mestrado) – Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Departamento de Engenharia Civil.

Inclui referências bibliográficas.

1. Engenharia Civil – Teses. 2. Dessorção Térmica. 3. Remediação. 4. Cobertor Térmico. 5 Hidrocarbonetos de Petróleo. I Araruna, José Tavares II. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Civil. III. Titulo


A meus sobrinhos, Camilla, Tito Lívio e Gabriella, as figurinhas mais divertidas que conheço. E em especial a meu sobrinho Ciro José, a mais nova alegria de

minha família.

Aos meus queridos pais, Pola (in memorian) e Terezinha, maiores incentivadores desse trabalho. A eles todo o meu amor, respeito e minha eterna gratidão.


Agradecimentos

Antes de mais nada, quero agradecer a Deus, por estar sempre a meu lado a

iluminar o meu caminho.

Ao Professor Araruna pela excelente orientação deste trabalho, por sua

paciência e dedicação.

A professora Maria Isabel Paes e Henrique, pela valiosa ajuda nas análises

químicas realizadas.

A Refinaria Duque de Caxias, pelo fornecimento das amostras indispensáveis

para realização dos ensaios, em especial ao Engenheiro Carlos Antonio M.

Santos.

Aos professores, Tácio, Franklin, Vargas, Cláudio Amaral, Fontoura, Romanel,

e Sayão pelos conhecimentos transmitidos ao longo do curso de mestrado.

Ao professor Giuseppe e os funcionários do laboratório de estruturas, pela

amizade e ajuda na confecção da calha em concreto.

A professora Roberta Ziolli e a Wilson, pela ajuda nas análises de

determinação de TPH.

A Grace Mary, por sua competência e ajuda, com respeito a relatórios e bolsas

da ANP.

Aos companheiros do Laboratório de Geotecnia, Willian, “Seu” José, Josué e

Amaury, pela essencial ajuda no desenvolvimento desse trabalho.

A Vitor Hugo, pela ajuda na montagem dos controladores de temperatura.

A Mariana Nogueira pelo fornecimento da Manta Asfáltica.

Aos companheiros do apartamento 202 nos Oitis, Laerte, Julio, Aldo, Zé

Roberto e o Rato, pelos bons momentos de descontração vividos e que muitas

vezes terminavam no BG.


Aos amigos de pós graduação, Ana Paula, Ciro (mental), Ataliba, Bello,

Janaina, Fernando, Zé Roberto, Mônica, Jorge, Flávio, Renato, Hugo, Leandro

(Bob Esponja), Patrícia e Gisele, pelos papos e amizade. Em especial a Rafael

e Ricardo (Playboy), pelas longas horas de estudo em grupo e por tê-los como

amigos e a Juliana por sua indispensável amizade e por sua companhia tão

agradável.

Aos companheiros , Aellington, Joabson e Leonardo Andrade, pela excelente

convivência e pela indispensável amizade.

Aos amigos distantes, nem por isso esquecidos, Airton, Wibergson, Aroldo,

Messias, Reno, Luis, Uraíto, Júnior, Atenágoras, Erika e Carlangelo, pelos

muitos anos de amizade.

A Carolina Macedo, pelos bons momentos juntos.

Ao tio Assis e dona Carmem, minha família no Rio, pela excelente acolhida em

sua casa.

A minha irmã Lisieux, aos meus irmãos, Ranieri e Romero, as minhas

cunhadas, Lêda e Bemare, a meu cunhado Tito e a Dé, que mesmos distantes

sempre se fizeram presentes nesses anos fora de casa.

A ANP, PRONEX e ao CNPQ pelo apoio financeiro.


Resumo

Pires, Patrício José Moreira; Araruna, José Tavares. Desenvolvimento de um Sistema de Dessorção Térmica In Situ para Remediação de Materiais Contaminados por Hidrocarbonetos de Petróleo. Rio de Janeiro, 2004. 190p. Dissertação de Mestrado – Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.

O presente trabalho avaliou a eficácia da dessorção térmica in situ em

remediar materiais contaminados por hidrocarbonetos de petróleo em refinarias. Paralelamente, foi projetado e construído um novo sistema modular para ser empregado sob dutovias para remediação de britas contaminadas.

Os resultados do programa experimental revelaram ser possível a remediação de pavimentos de concreto contaminados por óleo combustível. A aplicação de calor na superfície do pavimento reduziu em até 65% a sua resistência, porém propiciou a restauração de sua cor original. Verificou-se que os resíduos do processo, após análises mineralógicas por difração de raios X e químicas por espectroscopia de fluorescência, apresentavam uma composição muito semelhante ao solo empregado como material de construção dos aterros da refinaria, sugerindo que o resíduo possa ser advindo de transporte eólico.

O sistema desenvolvido no presente trabalho apresentou um desempenho satisfatório. Verificou-se a necessidade de aeração do material remediado para eliminar a produção de coque. Adicionalmente, observou-se a importância de um bom isolamento térmico para minimizar o consumo energético e impedir a propagação de calor e das emissões para a atmosfera.

As emissões geradas pelo aquecimento consistiam de olefinas e parafinas que podem ser devidamente tratadas pelo oxidador térmico.

Palavras-chave Dessorção Térmica in situ; Remediação; Cobertor térmico;

hidrocarbonetos de petróleo.


Abstract

Pires, Patrício José Moreira Pires; Araruna, José Tavares (Advisor). Development of an In Situ Thermal Desorption System for the Remediation of Petroleum Hidrocarbon Contaminated Materials. Rio de Janeiro, 2004. 190p. MSc Dissertation – Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.

This dissertation assessed the adequacy of in situ thermal desorption (istd)

in cleaning oil contaminated debris from Refineries. A new modulated istd system was designed and built in order to remediate oiled cobbles under pipeways.

The experimental results revealed the possibility of cleaning concrete pavements contaminated by heavy oil. The thermal desorption process restored their original color but reduced their resistance up to 65%. It was observed that the resulting debris, after mineralogical analyses by X-ray diffraction and chemical analysis by X-Ray fluorescence, have a similar composition to the soil employed in the fills throughout the Refinery, indicating that the debris could well have been transported by the wind.

The system devised here had a satisfactory performance. It was observed the necessity of aeration during the treatment in order to avoid the production of coke. Additionally, it was also observed the importance of a good thermal insulation in order to minimize power consumption and the propagation of heat and gas emissions to the atmosphere.

The gases emissions consisted mainly of olefins and paraffins that had been reasonably been treated by the thermal oxidizer devised herein.

Keywords In situ Thermal Desorption; Remediation; Thermal blanket; Petroleum

hydrocarbons.


Sumário

1 Introdução 21

1.1. Justificativa e Objetivo 24

1.2. Organização da dissertação 24

2 Revisão bibliográfica 26

2.1. Do processo térmico de remediação e a escolha da técnica de mais

adequada de descontaminação 26

2.2. A técnica de dessorção térmica e suas aplicações 28

2.3. Vantagens do uso da dessorção térmica in situ (DTIS) 36

2.4. Comportamento do fluxo de fluido e calor no processo de dessorção 39

2.5. Sistema de dessorção térmica e tratamento de gases 45

3 Desenvolvimento de um novo protótipo de dessorção térmica in situ 52

3.1. Características desejáveis 52

3.2. Equipamentos projetados, desenvolvidos e materiais especiais utilizados no

NPTIS 53

3.2.1. Calha em concreto 54

3.2.2. Cobertor térmico 58

3.2.3. Isolante térmico 63

3.2.4. Manta asfáltica 66

3.2.5. Controlador de temperatura 68

3.2.6. Câmara de carvão ativado e bomba a vácuo 72

3.2.7. Oxidador térmico 75

3.2.8. Sistema de monitoramento e aquisição de dados 79

4 Avaliação da técnica de dessorção térmica 81

4.1. Considerações iniciais 81

4.2. Descrição do mini-sistema de dessorção térmica (MSDT) 82

4.2.1. Mini cobertor térmico 82

4.2.2. Controlador de temperatura 83

4.2.3. Tanque em tijolo refratário 84

4.2.4. Sistema de monitoramento e aquisição de dados 85

4.3. Ensaio 01 – Uso do MSDT na remediação de britas contaminadas com óleo

85


85

4.3.1. Metodologia do ensaio. 85

4.3.2. Monitoramento da temperatura e do consumo de energia 86

4.4. Ensaio 02 – Uso do MSDT na remediação de britas contaminadas com óleo

91

4.4.1. Metodologia do ensaio 92

4.4.2. Monitoramento da temperatura e consumo de energia 94

4.4.3. Análise mineralógica por difração de raio-X 102

4.4.4. Análise química por fluorescência de raio-X 105

4.4.5. TPH – Hidrocarbonetos de petróleo totais 106

4.5. Ensaio 03 – Uso do MSDT na remediação de placas em concreto

contaminadas com óleo combustível 110



4.5.3. Análise mineralógica por difração de raio-X 118

4.5.4. Análise química por fluorescência de raio-X 120


4.5.6. Resistência do concreto submetido a altas temperaturas 122

5 Novo protótipo de dessorção térmica in situ 127

5.1. Considerações iniciais 127

5.2. Ensaio 01 - PDTIS 127












5.4.4. Cromatografia gasosa 162

5.5. Ensaio 04 – Oxidador térmico (OXT) 164






5.6.4. Cromatografia gasosa 176

6 Conclusões e sugestões para trabalhos futuros 179

6.1. Conclusões 179

6.1.1. Sugestões para trabalhos futuros 180

Referências Bibliográficas 182

Apêndice A - Programação do controlador de temperatura Incon CNT-110

185

A.1. Apresentação 185

A.2. Parâmetros de programação do controlador 186

A.3. Programação para realização de um ensaio de dessorção térmica. 187

A.4. Ciclo de operação 189


Lista de figuras

Figura 1 – Controle das concentrações inicias de PCB, Vinegar et al. (1997). 34

Figura 2 – Cobertor térmico e bastonetes térmicos, TerraTherm (2004). 35

Figura 3 – Esquema do fluxo de calor que atravessa um material 42

Figura 4 – Esquema do sistema de dessorção térmica in situ, Terratherm. 47

Figura 5 – Detalhes do cobertor térmico. 47

Figura 6 – Fluxo de ar provocado pelo bombeamento a vácuo. 48

Figura 7 – A química do tratamento, oxidação. (TerraTherm,1999) 49

Figura 8 – Esquema do novo sistema de dessorção térmica a ser desenvolvido.

52

Figura 9 - Perspectiva de calha em concreto (desenho não está em escala). 54

Figura 10 – Distribuição transversal da armadura da calha em concreto 55

Figura 11 - Forma e armadura da calha. 55

Figura 12 – Detalhe da armadura e forma da calha. 56

Figura 13 – Calha concretada. 56

Figura 14 - Calha em concreto. 57

Figura 15 – Esqueleto do cobertor térmico com os perfis em “L”, vista em planta.

59

Figura 16 – Esqueleto do cobertor térmico com os perfis em L e a tela tipo

moeda. 59

Figura 17 – Cobertor térmico ( grade, tela e resistência). 60

Figura 18 - Cobertor térmico ( grade, tela e resistência), corte lateral. 60

Figura 19 – Detalhe inferior da estrutura do cobertor térmico. 61

Figura 20 – Estrutura metálica do cobertor térmico 61

Figura 21 – Vista inferior do cobertor térmico 62

Figura 22 – Detalhe das resistências e isolantes refratários do cobertor térmico.

62

Figura 23 – Fibra cerâmica. 63

Figura 24 – Condutividade térmica de mantas de fibra cerâmica, FiberFrax

(2003). 64

Figura 25 – Manta asfáltica de 4mm, com uma face revestida com alumínio. 66

Figura 26 – Manta asfáltica, após utilizada em alguns ensaio 67

Figura 27 – Controlador de temperatura, Incon CNT 110. 68


Figura 28 – Controlador de potência, série mini, bifásico até 40A, vista superior.

70

Figura 29 – Controlador de potência, série mini, bifásico até 40A, vista lateral. 70

Figura 30 – Detalhe da chave e do controlador de temperatura. 71

Figura 31 – Câmara de carvão ativado. 72

Figura 32 – Câmara e tampa. 72

Figura 33 – Câmara de carvão ativado adaptado para amostragem de gases. 73

Figura 34 – Bomba a vácuo. 74

Figura 35 – Aquecedor (tubo em alumina revestido com resistência). 74

Figura 36 – Detalhe do aquecedor. 75

Figura 37 - Aquecedor revestido com fibra cerâmica fixada com fita de amianto

(frente). 75

Figura 38 - Aquecedor revestido com fibra cerâmica fixada com fita de amianto

(lateral). 76

Figura 39 – Oxidador térmico (vista da alimentação) 76

Figura 40 – Oxidador térmico ( lado do termopar) 77

Figura 41 – Controlador de temperatura do oxidador térmico. 78

Figura 42 – Termopares tipo k do data logger. 78

Figura 43 - Data logger 79

Figura 44 – Janela do AMR-Control. 79

Figura 45 – Mini cobertor térmico 82

Figura 46 – Diagrama esquemático do mini cobertor térmico (adaptado de

Portes, 2002) 82

Figura 47 – Controlador de temperatura do mini-sistema de dessorção térmica 83

Figura 48 – Ensaio 01, comportamento da temperatura nos pontos de

monitoramento. 87

Figura 49 – Suporte para colocação de material contaminado no tanque

refratário 93

Figura 50 – Ensaio 02, britas contaminadas por óleo 94

Figura 51– Ensaio 02, comportamento da temperatura nos pontos de

monitoramento. 97

Figura 52 – Ensaio 02, brita a 100ºC. 98

Figura 53 - Ensaio 02, brita a 200ºC. 98

Figura 54 - Ensaio 02, brita a 300ºC. 99

Figura 55 - Ensaio 02, brita ao término do ensaio. 100

Figura 56 – Ensaio 02, britas lavadas para retirada do material fino 100

Figura 57 – Ensaio 02, brita macerada. 103


Figura 58 – Difratograma de raio-X do macerado da brita. 104

Figura 59 – Ensaio 02, resíduo sobre a brita. 104

Figura 60 - Difratograma de raio-X do resíduo sobre a brita. 105

Figura 61 – TOG/TPH Analyzer. 107

Figura 62 – Calibração do TOG/TPH 108

Figura 63 – Faixa linear do TOG/TPH 109

Figura 64 – Ensaio 03, placa em concreto contaminadas por óleo 110

Figura 65 – Ensaio 03, placa em concreto contaminada, preparação do ensaio.

111

Figura 66 - Ensaio 03, comportamento da temperatura nos pontos de

monitoramento 114

Figura 67– Ensaio 03, placa em concreto a 150ºC. 115

Figura 68 - Ensaio 03, placa em concreto a 250ºC. 116

Figura 69 - Ensaio 03, placa em concreto depois de tratada (vista superior). 117

Figura 70 -Ensaio 03, placa em concreto depois de tratada (vista inferior). 117

Figura 71 -Ensaio 03, placa em concreto depois de tratada (vista lateral). 117

Figura 72 – Ensaio 03, placa em concreto macerada. 118

Figura 73 – Difratograma de raio-X do macerado da placa em concreto. 119

Figura 74 – Ensaio 03, resíduo sobre a placa em concreto. 119

Figura 75 – Difratograma de raio-X do resíduo sobre a placa em concreto. 120

Figura 76 – Corpos de prova em concreto (10x20cm). 123

Figura 77 – Corpos de prova sobre suporte no tanque refratário 124

Figura 78 - % de perda de resistência para corpos de prova em concreto

submetidos a altas temperaturas. 126

Figura 79 – Ensaio 01 - PDTIS , pesagem das britas contaminadas 128

Figura 80 – Ensaio 01 - PDTIS , britas contaminadas dentro da calha em

concreto. 129

Figura 81 - Ensaio 01 - PDTIS , britas contaminadas dentro da calha em

concreto, vista lateral. 129

Figura 82 – Ensaio 01 - PDTIS , cobertor térmico apoiado sobre vergalhões

dentro da calha em concreto. 130

Figura 83 – Ensaio 01 - PDTIS, colocação da fibra cerâmica. 130

Figura 84 – Ensaio 01 - PDTIS, detalhe de cantoneiras e cabos de aço para

fixação da manta asfáltica 131

Figura 85 – Ensaio 01 - PDTIS , termopares 132

Figura 86 – Ensaio 01 - PDTIS, bancada de ensaio montada. 133


Figura 87 - Ensaio 01 - PDTIS, comportamento da temperatura nos pontos de

monitoramento 135

Figura 88 – Ensaio 01 - PDTIS, cabo desconectado do cobertor térmico 137

Figura 89 – Ensaio 01 - PDTIS, óleo endurecido sobre as britas 137

Figura 90 - Ensaio 01 - PDTIS, fim do ensaio. 138

Figura 91 – Ensaio 01 - PDTIS, brita macerada impregnada com coque após o

aquecimento. 140

Figura 92 – Ensaio 01 - PDTIS, coque impregnado as britas após o aquecimento.

141

Figura 93 – Ensaio 02 - PDTIS, britas contaminadas dentro da calha em

concreto. 143

Figura 94 – Ensaio 02 - PDTIS, termopares. 144


monitoramento. 147

Figura 96 – Ensaio 02 - PDTIS, britas após o processo de dessorção térmica.149

Figura 97 – Ensaio 02 - PDTIS, detalhe de britas contaminadas e após

descontaminação. 150

Figura 98 – Ensaio 02 - PDTIS, brita macerada depois tratamento. 151

Figura 99 – Ensaio 02 - PDTIS – resíduo sobre a brita após a descontaminação.

151

Figura 100 – Ensaio 03 – PDTIS , britas contaminadas dentro da calha em

concreto. 153

Figura 101 – Ensaio 03 – PDTIS, detalhe da fixação da manta asfáltica com

parafuso. 153

Figura 102 – Ensaio 03 – PDTIS, bancada de ensaio. 154


monitoramento. 157

Figura 104 – Ensaio 03 - PDTIS, britas após o processo de dessorção térmica.

159

Figura 105 – Ensaio 03 - PDTIS, detalhe de britas contaminadas e após


Figura 106 – Ensaio 03 - PDTIS , britas após o processo de dessorção térmica.

160

Figura 107 – Ensaio 03 -PDTIS, brita macerada depois do aquecimento. 161

Figura 108 – Ensaio 03 - PDTIS – resíduo sobre a brita após a


Figura 109 – Ensaio 04 – Esquema do teste com o oxidador térmico 164


Figura 110 – Ensaio 04 – teste do oxidador térmico 165

Figura 111 – Ensaio 05 - PDTIS , britas contaminadas dentro da calha em

concreto. 166

Figura 112 – Ensaio 05 - PDTIS , bancada de ensaio montada. 168

Figura 113 - Ensaio 05 - PDTIS , comportamento da temperatura nos pontos de

monitoramento. 171

Figura 114 – Ensaio 05 - PDTIS , britas após o processo de dessorção térmica.

173

Figura 115 – Ensaio 05 - PDTIS , brita macerada depois do aquecimento. 174

Figura 116 – Ensaio 05 - PDTIS – Coque sobre a brita após o aquecimento. 175

Figura 117 – Ensaio 05 - PDTIS – resíduo sobre a brita onde não houve

formação de coque. 176

Figura 118 – Painel frontal do controlador de temperatura Incon CNT-110 185


Lista de tabelas

Tabela 1 - Técnicas para Controle e Remediação de Áreas

Contaminadas(Evans, 1991). 27

Tabela 2 - Propriedades de alguns químicos orgânicos encontrados em áreas

contaminadas ( Davis,1997). 30

Tabela 3 – Resumo das temperaturas versus profundidade, Stegemeier e

Vinegar (1995) 35

Tabela 4 – Percentual de n-hexadecano removido e quantidade residual desse

por camada de solo, Stegemeier e Vinegar (1995) 35

Tabela 5 – Locais onde foram aplicado a dessorção térmica (Baker e Kuhlman,

2002). 36

Tabela 6 – Comparativo de preços entre diferentes técnicas de remediação

(Wood, 1997). 38

Tabela 7 - Propriedades Térmicas do Solo (adaptada de Mitchell, 1993). 42

Tabela 8 – Mecanismos de remoção dos contaminantes versus temperatura

(Baker e Kuhlman, 2002). 47

Tabela 9 – Características do concreto da calha 54

Tabela 10 - Resistência à corrosão (NBR 6847/81) 58

Tabela 11 – Características das fibra cerâmicas (FiberFrax, 2003). 63

Tabela 12 – Características da manta asfáltica (Denver, 2004) 66

Tabela 13 – Características do controlador Incon CNT 110 68

Tabela 14 – Resumo dos ensaios realizados e análises desenvolvidas para cada

ensaio. 80

Tabela 15 – Ensaio 01, temperaturas máximas e mínimas registradas. 86

Tabela 16 – Variações máximas das temperaturas ao longo do ensaio 01 89

Tabela 17 – Percentual de temperatura transmitida para os pontos 0, 1, 2, 3 e 4.

90

Tabela 18 - Pontos de ignição de combustíveis transportados em dutovias 91

Tabela 19 – Ensaio 2, resumo do monitoramento da temperatura e consumo de

energia 95

Tabela 20 – Desvios padrões nos pontos de medição de temperatura do ensaio

02. 100

Tabela 21 - Ensaio 02, temperatura transmitida do cobertor térmico para sua

superfície externa 101


Tabela 22 – Ensaio 02, fluorescência de raio-X 104

Tabela 23 - Valores de adsorbância (sinal) e concentração de TPH 107

Tabela 24– Ensaio 3, resumo do monitoramento da temperatura e consumo de

energia. 112

Tabela 25 – Ensaio 03, fluorescência de raio-X 119

Tabela 26 – Verificação da perda de resistência de concreto submetidos a altas

temperaturas. 124

Tabela 27 – Resumo dos ensaios realizados e análises desenvolvidas para

ensaios com o PDTIS. 127

Tabela 28 - Ensaio 01 – PDTIS, resumo do monitoramento da temperatura e

consumo de energia 134


consumo de energia. 146


consumo de 156


consumo de energia. 170

Tabela 32 – Concentração dos compostos 177

Tabela 33 – Ciclos de programação 186

Tabela 34 – Programação do controlador de temperatura. 189


Lista de símbolos e abreviaturas

CETESB Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental

IPIECA International Petroleum Industry Environmental Conservation

Association

LIGTH Companhia Fornecedora de Energia do Estado do Rio de Janeiro

MMA Ministério do Meio Ambiente

OSDIR Oil Spill Inteligence Report

USEPA United States Environmental Protection Agency

PCBs Bifenilas Policloradas

HPAs Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos

EPA Environmental Protection Agency

TCE Tricloroetileno

PCE Tetracloroetilleno

IR Radiação infravermelha

TPH Hidrocarbonetos de Petróleo Totais

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

CO Monóxido de Carbono

CO2 Dióxido de Carbono

CH4 Metano

ppm Partes Por Milhão

V Volts

A Ampere

W Watts

C Celsius

Q Vazão

mg Miligrama

L Litro

mL mililitro

kg quilograma

k Permeabilidade absoluta

kr Permeabilidade relativa

A Área

p Pressão

l Comprimento


µ Viscosidade

re Raio externo

rw Raio do poço (bastonetes)

h Comprimento do poço

λ condutividade térmica α difusividade térmica c calor específico

ρ densidade

S constante de Stephan-Boltzmann

e emissividade

f fator de forma


1 Introdução

Os derivados do petróleo detêm uma grande importância na sociedade

atual, que dificilmente se encontrará outro grupo de produtos que se lhes possa

comparar. São obtidos a partir do petróleo, substâncias diversas como os

combustíveis, os óleos e massas lubrificantes, os asfaltos, as tintas e os

plásticos.

Sem prejuízo de todas as vantagens sócio-econômicas associadas à

indústria do petróleo, não se poderão nunca desprezar alguns importantes

malifícios que dela advêm. A poluição que é gerada, por si e pela utilização dos

seus produtos, se tem revelado como alvo das maiores preocupações atuais.

Um risco de contaminação potencial pode ser associado a esta indústria,

visto os muitos acidentes que ocorrem em alguma etapa da produção da

indústria petroleira, que levam contaminação por hidrocarbonetos ao meio

ambiente atingindo oceanos, rios, água subterrânea e solos. É noticia quase que

comum o relato de acidente em todo mundo que causam o derrame, muitas

vezes, de grande quantidade de petróleo e de seus derivados, seja no transporte

por dutos, ferrovias, marítimo, fluvial e rodoviário como também em etapas na

extração e refino. Existe ainda a contaminação causada por vazamento de

tanques de postos de combustíveis que contaminam o solo e a água

subterrânea.

Os pequenos vazamentos, provenientes do transporte marítimo

representam cerca de 98% das perdas totais de petróleo e derivados, e são

considerados "normais" por vários autores. Já as perdas acidentais, que

correspondem aos 2% restantes, contribuem com o lançamento de,

aproximadamente, 400.000 toneladas por ano de óleo (IPIECA, 1991).

São os grandes vazamentos que mais chamam a atenção da maioria das

pessoas. O primeiro caso conhecido envolveu o encalhe do navio Torrey

Canyon, em 1967, com 123.000 toneladas de óleo derramadas, atingindo a zona

costeira da Inglaterra e da França, causando mortandade de aves e prejuízos à

pesca e ao turismo. Em 1978, ocorreu o encalhe do navio Amoco Cadiz, também

na costa da Inglaterra, com liberação de 230.000 toneladas de óleo ao mar, que

provocaram um grande desastre ambiental (OSIR, 1998). No Brasil, o primeiro


Capítulo 1 – Introdução 22

grande episódio conhecido ocorreu em agosto de 1974, quando o petroleiro

Takimyia Maru chocou-se com uma rocha no Canal de São Sebastião, litoral

norte de São Paulo, causando o vazamento aproximado de 6.000 toneladas

(CETESB, 2004).

Da década de trinta até os dias atuais, a indústria do petróleo vem

crescendo progressivamente. Foram descobertos novos campos petrolíferos,

aperfeiçoadas as explorações submarinas, construídos superpetroleiros

transoceânicos, inaugurados terminais de carga e descarga de petróleo e

derivados, refinarias e oleodutos interestaduais e internacionais.

Conseqüentemente, foram sendo liberados cada vez mais petróleo, seus

derivados e resíduos oleosos ao meio ambiente, provenientes dos motores e das

lavagens de tanques de navios cargueiros, petroleiros e pesqueiros, da descarga

de água de lastro, e os vazamentos provenientes das operações de carga e

descarga nos portos (CETESB, 2004).

Paralelamente a esse “desenvolvimento” houve também o crescimento e

o despertar de uma consciência ambiental voltada aos problemas causados ao

meio ambiente por essa e por outras indústrias impactantes, havendo um maior

rigor de órgãos e agências ambientais do governo, organizações não

governamentais (ONG’s), ministério público e a sociedade em geral. Nasceu

também nas próprias indústrias impactantes o espírito de preservação e solução

para que suas atividades sejam menos ofensivas ao meio ambiente. Em alguns

casos, essas ações foram forçosamente implementadas por estas indústrias

estarem obrigadas a adequar sua postura e política às normas e leis vigentes.

Hoje, as Agências Ambientais têm o poder de punir e fiscalizar atividades

que possam causar danos à natureza. Muitas vezes aplicando multas bem

elevadas, as quais, em sua maioria já destinadas à programas de remediação e

limpeza de áreas contaminadas. Como exemplo da ordem que podem chegar

essas multas, uma companhia de Nova Iorque cujo navio derramou 98000

galões de óleo na costa de Massachusetts, em 27 de abril de 2003, foi

condenada a pagar R$ 30 milhões por esse derrame. No Brasil, em janeiro de

2000, a Petrobrás foi condenada a pagar R$ 50 milhões em multa pelo derrame

de 2 milhões de toneladas de óleo da Baía de Guanabara.

Infelizmente, acidentes com combustíveis continuam a acontecer e,

muitas vezes, não tem só o meio ambiente como vítima. Conforme visto no O

Globo (2004), recentemente no Irã um trem desgovernado carregado com

combustível, enxofre e fertilizantes descarrilou e explodiu, espalhando destruição

por cinco aldeias iranianas. Dos 51 vagões do trem, 17 tinham enxofre, seis



continham gasolina, sete estavam repletos de fertilizantes e dez traziam um

carregamento de algodão, todos materiais inflamáveis. Nesse acidente além dos

danos ao meio ambiente, pelo menos 295 pessoas morreram e mais de 400

ficaram feridas, grande parte delas bombeiros e moradores da região que foram

tentar apagar os incêndios causados pelas primeiras explosões.

Um caso histórico da atuação de órgãos ambientais juntamente com a

sociedade e empresas envolvidas diretamente com o problema para a

descontamição de áreas contaminadas é visto na cidade Praia de Ávila na

Califórnia nos Estados Unidos (Progressive Engineer, 2003).

Durante 100 anos a indústria bombeava óleo dos campos central e da

costa da Califórnia, a alguns quilômetros de distância, para tanques enormes na

Praia de Ávila. Bombeando, por tubulações sob a cidade, o petróleo não

refinado, gasolina e diesel para as instalações de armazenamento a espera de

navios que transportavam esse material. Com o passar do tempo, os

vazamentos em oleodutos, a pluma gerada por um derramamento de derivados

de petróleo, da ordem de alguns milhões de litros, ocorridos no subsolo começou

a mover-se em direção ao oceano.

A Progressive Engineer (2003) relata que a contaminação nessa cidade

chegou a tal ponto que dois jovens foram lançados para fora do apartamento por

uma explosão causada por vazamento de gases das tubulações subterrâneas

que atingiu a chama piloto do aquecedor. Em outro ponto da cidade, em uma

escavação de uma fundação rasa, observou-se a presença de uma grande

quantidade de gasolina misturada à água subterrânea. Por esses e por outros

casos chegou-se a uma situação extrema que mobilizou toda a sociedade.

Uma equipe multidisciplinar identificou em um trabalho cauteloso todas as

áreas subterrâneas contaminadas. Através de escavações e retiradas do solo

contaminado e, também, através de bombeamento feito em poços instalados

eram retiradas enormes quantidades de hidrocarbonetos. A cidade foi

praticamente reconstruída devido à necessidade, muitas vezes, de fazer

demolições para a retirada de solo contaminado sob as construções.

O problema de contaminação por hidrocarbonetos existe, sendo

necessário o estudo e o desenvolvimento de técnicas eficientes para a

remediação de áreas atingidas.



1.1. Justificativa e Objetivo

O Brasil sofre com a falta de uma estrutura legal ambiental eficiente para

regular projetos que envolvem a remediação de solos e águas subterrâneas.

Não existem parâmetros definidos em lei, por exemplo, para o nível de

descontaminação que se deve atingirem um solo impactado com

hidrocarbonetos totais de petróleo ou compostos orgânicos voláteis. A falta

desse arcabouço legal desencadeia conseqüências indesejáveis sobre este

mercado. A escassa disponibilidade de equipamentos para projetos de

remediação vai desde uma tampa de poço de monitoramento até “sofisticados”

equipamentos de incineração. Fatores como estes fazem com que um projeto de

remediação no país sofra incertezas técnicas extremas. Sabe-se, também, pela

literatura disponível, que projetos envolvendo a descontaminação de solos e/ou

águas subterrâneas normalmente assumem custos que podem alcançar

facilmente a casa dos milhões de reais. Este tipo de investimento, às vezes não

planejado, pode afetar a saúde financeira de uma empresa.

O objetivo deste trabalho é apresentar, propor e avaliar o uso da técnica

de dessorção térmica para descontaminação de materiais contaminados por

derrame de óleo. Paralelamente, buscou-se desenvolver um protótipo de um

sistema in situ adequado a remediação desses materiais. Esse protótipo que se

busca aqui desenvolver, tem todas as suas características voltadas para sua

utilização in situ, buscando-se representar um modelo reduzido de uma

aplicação real desse equipamento e dessa técnica nas condições de campo.

É importante ressaltar que esse trabalho é parte de uma linha de

pesquisa na área de geotecnia ambiental, seguida na Pontifícia Universidade

Católica do Rio de Janeiro. Essa foi a linha de pesquisa seguida por Portes

,2002; Oliveira, 2002; Mergulhão, 2003; Souza, 2003; Duarte, 2004. Quaisquer

incertezas e/ou dúvidas aqui levantadas possivelmente serão esclarecidas em

trabalhos futuros.

1.2.Organização da dissertação

Este trabalho foi dividido em sete capítulos, os quais são brevemente

descritos a seguir.

Capitulo 1 – Introdução – é apresentado um breve comentário a respeito

da importância do estudo de métodos de descontaminação para limpeza de



materiais contaminados por hidrocarbonetos de petróleo, mostrando alguns

casos de acidentes de grandes proporções ocorridos, apresentado o objetivo

principal desse trabalho e como foi dividida essa dissertação.

Capitulo 2 – Revisão Bibliográfica – nesse capitulo é apresentado a

técnica de dessorção térmica, fazendo considerações relevantes a respeito

desse método de remediação, como o funcionamento da técnica, vantagens de

sua utilização, comportamento do fluxo de calor, tudo baseado em consultas na

literatura existente que relatam essa técnica de remediação.

Capitulo 3 - Desenvolvimento de um novo protótipo de dessorção térmica

in situ – aqui é mostrado os equipamentos desenvolvidos bem como materiais

especiais utilizados na confecção desse protótipo. São apresentadas as

principais características desses equipamentos e a importância de cada um para

o protótipo desenvolvido.

Capitulo 4 - Avaliação da técnica de dessorção térmica na remediação de

materiais contaminados por hidrocarbonetos de petróleo – nessa parte da

dissertação faz-se inicialmente a apresentação de trabalhos preliminares que

mostram a avaliação do método de dessorção térmica com o mini sistema de

dessorção térmica anteriormente desenvolvido na PUC-RIO.

Capitulo 5 – Teste do novo protótipo de dessorção térmica in situ

desenvolvido – nesse capítulo é feita a avaliação do novo protótipo

desenvolvido. Sendo apresentados para essas avaliações as análises e

resultados obtidos.

Capitulo 6 – Conclusões e Sugestões – finalmente são mostradas todas

as conclusões desse trabalho e as sugestões para trabalhos futuros com

respeito ao trabalho desenvolvido.

Referências Bibliográficas – onde estão listados os materiais consultados

para o desenvolvimento dessa dissertação.

Ainda consta na parte final dessa dissertação, um apêndice que mostra

como programar o controlador de temperatura.


2 Revisão bibliográfica

O presente capítulo apresenta uma breve descrição do processo de

dessorção térmica, detalhando as suas vantagens e fazendo uma abordagem do

fluxo de calor em meios porosos.

2.1. Do processo térmico de remediação e da escolha da técnica mais adequada de descontaminação

A transmissão de calor de um corpo quente para um corpo frio é um

fenômeno físico que o homem percebeu desde a mais remota época. De acordo

com Araújo (1970), o controle, o manejo e o aproveitamento prático-econômico

deste fenômeno são assuntos relativamente recentes, interessando cientistas,

matemáticos e engenheiros de várias especialidades.

De fato, o uso de processos térmicos, vem se difundindo nos últimos

anos na engenharia ambiental como uma alternativa eficiente e, em alguns

casos, a solução mais econômica e rápida para a remediação de áreas

contaminadas.

O processo ideal de remediação de áreas contaminadas deve atingir as

seguintes metas:

• Levar o nível de contaminação do ambiente a índices aceitáveis;

• Evitar a migração de contaminantes e

• Produzir um efluente limpo.

Porém, é necessário, antes da escolha de qualquer técnica de

remediação a ser utilizada, fazer um levantamento detalhado das condições

hidrogeológicas do local e a devida caracterização dos contaminantes presentes

na área. Várias opções de técnicas de controle e remediação podem ser

selecionadas e combinadas para se ter a remediação do local. A Tabela 1,

adaptada de Evans(1991), mostra algumas das técnicas de remediação já

empregadas. No entanto, segundo Gusmão (1999), é importante ainda que se


Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 27

tenha um conhecimento das propriedades de degradação dos contaminantes e

sua reatividade de ordem físico-química com o solo.

Tabela 1 - Técnicas para Controle e Remediação de Áreas Contaminadas(Evans, 1991).

Técnica de remediação Problema do Local (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)

Volatilização de substâncias químicas no ar X

Lançamento de particulados na atmosfera X Produção de poeira por construção pesada ou outras atividades

X

Escoamento superficial do contaminante X Erosão superficial provocada pela água ou vento

X

Escoamento superficial do lixiviado X

Contato de corpos de água com resíduos X

Migração vertical ou horizontal do lixiviado X X Nível freático próximo à superfície podendo resultar em contaminação da água subterrânea ou interferir com outras técnicas de remediação.

X

Infiltração de água pluvial no terreno para formação de lixiviado

X X

Evidência de migração lateral no subsolo, de metano ou outros gases tóxicos

X

Materiais dispostos aleatoriamente em superfície (lagoas de rejeitos, pilhas de resíduos, etc.).

X X X

Contaminação de água superficial ou subterrânea através de resíduos líquidos ou pastosos

X X X

Solos contaminados X X X Gases perigosos e/ou tóxicos que tenham sido coletados

X

Sedimentos contaminados X X X Contaminação do sistema de distribuição de água

X

Rede de esgoto contaminado X (1) Drenagem / controle da água superficial.

(2) Controle de poluição do ar.

(3) Controle do lixiviado e da água subterrânea.

(4) Controle de migração do gás.

(5) Escavação e remoção do resíduo/solo e disposição em aterros.

(6) Remoção e contenção de sedimentos contaminados.

(7) Tratamento in situ.



(8) Tratamento direto do resíduo.

(9) Controle de linhas de sistemas sanitários (água e esgoto).

A escolha do método mais adequado, para a remediação de um

determinado local, é um processo difícil e requer a avaliação de uma série de

fatores, como sugere Wood (1997):

• Aplicabilidade e eficácia;

• Disponibilidade, limitações e custos;

• Categoria de desenvolvimento;

• Impacto potencial ambiental e

• Necessidade operacional de informação e monitoramento.

São encontradas na literatura, publicações e estudos de casos

mostrando que o processo de dessorção térmica in situ (DTIS) é um método que

atende a esses fatores (Beker e Bierschenk, 2001; EPA, 1993; Blanchard e

Stamnes, 1997). Esse processo vem sendo utilizado e aperfeiçoado nos últimos

anos, se colocando como uma alternativa eficiente para limpeza de áreas

contaminadas.

2.2. A técnica de dessorção térmica e suas aplicações

A dessorção térmica é um método de remediação que separa fisicamente

os contaminantes voláteis e alguns semivoláteis do solo, lama e sedimento, por

aquecimento direto em temperaturas altas por um período de tempo suficiente

para volatilizar a água e os contaminantes sem oxidá-los para posterior

tratamento dos gases (EPA, 1995).

De acordo com Hansen et al. (1998), a técnica de dessorção térmica tem

se mostrado eficiente, estando o sucesso da técnica diretamente associada as

temperaturas atingidas pelo meio contaminado e pelo tempo de aplicação da

temperatura no meio. Segundo Hansen (op. cit.), para meios contaminados por

PCB’s e HPA’s tem-se reduzido, a níveis residuais, esses contaminantes para

temperatura na faixa de 300ºC a 400ºC.

Segundo a Terratherm (2003), a técnica de dessorção térmica in situ

(DTIS) utiliza a transmissão direta de calor para remoção de substâncias



químicas perigosas de meios sólidos, como rocha, solos e lamas. É um método

de aplicação rápida e tem mostrado eficiência na limpeza de áreas afetadas por

uma grande variedade de contaminantes voláteis e semi-voláteis, como:

• Hidrocarbonetos;

• DNAPL’s;

• LNAPL’s;

• PCB’s;

• Pesticidas;

• Dioxinas;

• Solventes clorados;

• Resíduos de explosivos e

• Mercúrio.

A eficácia da técnica de dessorção térmica é primeiramente uma função do

volume de solo aquecido durante o tratamento e o tempo de residência no meio

contaminado. De acordo com Aines et al. (2000), vários são os fatores que

afetam a eficiência e/ou aplicação da dessorção térmica in situ, incluindo:

• Ponto de ebulição do contaminante;

• Sistema de vácuo;

• Tipo de solo e tamanho efetivo dos grãos (permeabilidade do solo a

ser tratado);

• Teor de matéria orgânica;

• Quantidade de metais no solo a ser tratado e

• Grau de mistura solo-contaminante.

Segundo Vinegar et al. (1998), a eficácia do método de dessorção

térmica, está intimamente ligada em fazer com que os contaminantes possam

atingir seus pontos de ebulição e, conseqüentemente, sua pressão de vapor. O

aumento da temperatura provoca um aumento da energia cinética média das

partículas do líquido, havendo assim um maior número de partículas com

energia cinética suficiente para passar da fase líquida à fase gasosa. A ebulição

acontece quando a sua pressão de vapor iguala a pressão atmosférica.

Atingir a pressão de vapor, e aumentar a taxa de vaporização são,

geralmente, os mecanismos mais importantes para se conseguir uma boa

remediação, utilizando-se da técnica de aquecimento (EPA, 1998). O efeito da



temperatura na solubilidade é dependente do composto químico, sendo que

normalmente a pressão de vapor cresce com a temperatura (EPA, op. cit.). Em

geral, quando um composto químico é aquecido, a sua densidade diminui, sendo

a sua pressão de vapor aumentada. Paralelamente, sua adsorção na fase sólida

ou na matéria orgânica é reduzida e sua difusão molecular na fase aquosa e

gasosa aumentada (EPA, op. cit.).

A Tabela 2 apresenta algumas propriedades de contaminantes orgânicos,

comumente encontrados em áreas contaminadas.

Tabela 2 - Propriedades de alguns químicos orgânicos encontrados em áreas

contaminadas ( Davis,1997).

Pressão de vapor (mmHg)Contaminante

orgânico Ponto de ebulição

(ºC) Densidade

(Mg/m3) Viscosidade

(25ºC) Solubilidade

em água (mg/L) 10ºC 50ºC

Diclorometano 40 1,3182 a 25ºC 0,413 20000 a 20ºC 260,9 >760

1,2 Dicloroetileno 49 1,2444 0,317 600 a 20ºC 198,7 >760

Acetona 56,3 0,7899 0,306 ∞ 121,7 622,4 1,1 Dicloroetano 57,4 1,17 0,464 5500 a 20º C 125,8 608,6

1,2 Dicloroetileno 60

1,2649 a 25ºC 0,445 800 a 20ºC 104,8 580,0

Tricloroetano 61,2 1,49 0,537 8000 a 20ºC 98,6 541,3 1- Hexano 63,5 0,675 0,252 50 a 20ºC 90,0 485,3 N-Hexano 68,7 0,659 0,300 9,5 a 20ºC 80,8 407,5

1,1,1-Tricloroetano 74,1

1,3303 a 25ºC 0,793 4400 a 20ºC 67,4 360,1

Metanol 64,6 0,791 0,544 ∞ 58,5 400 Tetracloreto de

carbono 76,8 1,5833 a

25ºC 0,908 800 a 20ºC 58,3 332,8

2-Butanona (metil-etil cetona) 79,6

0,7994 a 25ºC 0,405 26,8 52,6 314,3

Benzeno 80,1 0,88 0,604 1770 a 25ºC 47,8 307,8

Ciclohexano 80,7 0,7731 a 25ºC 0,894 58 a 25º C 50,5 272,3

1,2- Dicloroetano 84 1,257 a 25ºC 0,779 8700 a 20ºC 40,0 278,6

Tricloroetileno 87,3 1,4578 a 25ºC 0,545 1100 a 25ºC 37,6 256,7

Tolueno 110,6 0,8647 a 25ºC 0,56 515 – 540 a

25ºC 14,3 579,1 a 100ºC

Tetracloroetileno 121,3 1,613 a 25ºC 0,844 150 a 25ºC 9,0 400 a 100ºC

N- Octano 126 0,6986 a 25º C 0,508 0,7 a 20ºC 6,5 368,7 a 100ºC

Etilbenzeno 136,2 0,8654 a 25ºC 0,631 160 a 25º C 6,0 295,7 a 100ºC



Tabela 2 (continuação) - Propriedades de alguns químicos orgânicos encontrados em

áreas contaminadas (Davis,1997).

Pressão de vapor (mmHg)Contaminante orgânico

Ponto de ebulição

(ºC) Densidade

(Mg/m3) Viscosidade

(25ºC) Solubilidade

em água (mg/L) 10ºC 50ºC

Xileno 138,4 0,8577 0,608 160 a 25º C 4,5 238,9 a 100ºC Dicloro - benzeno 173

1,2988 a 25ºC 1,044 80 a 25º C 2,2 67,1

Dodecano 216,5 0,75 1,383 0,0034 19,5 Naftaleno 218 0,97 32 a 25ºC 22,7 1- Metil

Naftaleno 244,8 1,020 28,5 0,043

Hexadecano 286,9 0,773 3,032 0,0063


do meio, e dessa maneira, com um ponto de ebulição diminuído ter-se-ia um

menor gasto de energia e os níveis desejados de contaminantes no solo

poderiam ser atingidos mais facilmente.

Nobre (2004) menciona que comumente é associado à descontaminação

o termo mobilização de contaminantes. Entretanto não é garantido que

mobilizando os contaminantes, principalmente os miscíveis, quando reduzido

sua viscosidade com a elevação da temperatura, está se garantindo a

descontaminação. Esses podem migrar para outras áreas, e ficarem ainda mais

difíceis de serem removidos.

Segundo Stegemeier e Vinegar (1995), o fato de baixar a viscosidade da

água e contaminantes pode ter seu aspecto positivo, pois facilita o fluxo e a

remoção dos contaminantes. Por outro lado, essa redução da viscosidade facilita

o fluxo no material, uma vez que a viscosidade está diretamente relacionada

com a permeabilidade. Isto pode fazer com que o contaminante migre para

outras áreas antes que esse atinja seu ponto de ebulição, ficando ainda mais

longe da fonte aquecedora e dessa forma não ser retirado da área a qual é

aplicado o processo de dessorção térmica.

De acordo com Vinegar et al. (1998), a pluma de contaminação deve ser

bem delimitada antes do início da aplicação da dessorção térmica in situ,

localizando os contaminantes bem como suas concentrações a diversas

profundidades. A Figura 1, adaptada de Vinegar et al. (op . cit.), exemplifica um

caso em uma área, previamente a sua remediação, onde foi determinada para

diversas profundidades os níveis de contaminação por PCB.

Esta determinação detalhada apresentada na Figura 1 deve servir de

parâmetro para, posteriormente à limpeza da área contaminada, certificar-se do

sucesso do método de remediação utilizado, fazendo comparações com

investigações ao fim do processo de remediação.

Deve-se também ter um monitoramento de áreas próximas ao local

contaminado para onde pode ter havido migração de contaminantes, sugere

Vinegar et al. (1997).



Figura 1 – Controle das concentrações inicias de PCB, Vinegar et al. (1997).

Um esquema de um típico sistema de aquecimento do processo de

dessorção térmica in situ é apresentado na Figuras 2. Nela são apresentados

dois tipos de equipamentos para aquecimento. O primeiro, cobertor térmico, é

mais utilizado para limpeza de contaminações mais superficiais. Já o segundo,

bastonete térmico, é empregado para zonas mais profundas.



o

Figura 2 – Cobertor térmico e

De acordo com a

locais onde a fonte ou a p

90cm. Os cobertores utiliz

de caixas de aço com:

espessura, em uma malha

Simulações numéri

cobertores térmicos, usad

cobertores térmicos pa

Stegemeier e Vinegar (1

superfície podem ser rem

leves, a menos de um me

pode reduzir os contamin

para contaminantes leves

até 24 horas.

A Tabela 3, aprese

aplicação da dessorção té

contaminado por n-hexade

A eficácia do tratamento é

Cobertor térmic

o

baston

Terra

luma d

ados p

2,4m d

de aço

cas p

os em

ra a

995). E

ovidos

tro de

antes a

até ce

nta os

rmica

cano (

mostra

Bastonetes térmic

etes térmicos, TerraTherm (2004).

therm (2001) os cobertores são efetivos para

e contaminação não se aprofunda mais do que

ela empresa Terratherm, consistem em seções

e largura, 6m de comprimento e 30,5cm de

inoxidável.

ara o sistema de aquecimento utilizando

um pequeno campo piloto onde foram utilizados

descontaminação foram apresentadas por

las mostraram que contaminantes próximo à

em um tempo razoável. Para contaminantes

profundidade em um solo seco, a remediação

níveis bem baixos em menos de dez dias, e

rca de 30cm pode se atingir níveis residuais em

valores de temperaturas atingidas através da

in situ, usando um cobertor térmico em um solo

n 3416HC− ), cujo ponto de ebulição é de 287ºC.

da na Tabela 4.



Tabela 3 – Resumo das temperaturas versus profundidade, Stegemeier e Vinegar (1995)

Máxima temperatura atingida no solo Depois de 65 horas de aquecimento

Profundidade (cm) Temperatura máxima (ºC)

0 575

15 345

30 195

45 102

60 91

Tabela 4 – Percentual de n-hexadecano removido e quantidade residual desse por

camada de solo, Stegemeier e Vinegar (1995)

Camada (cm) Quantidade residual de

3416HCn − (ppm)

Removido (%)

0-15 0,42 99,94

15-30 14,26 98,00

30-45 176,86 74,70

Portes (2002) sugere que essa técnica pode reduzir substancialmente a

contaminação do material quando este é submetido a temperaturas acima de

300ºC. Em seu trabalho, Portes (op. cit.), relata que altas temperaturas nesse

material pode levar a carbonização do contaminante.

Já os bastonetes térmicos podem ser aplicados teoricamente a qualquer

profundidade, como demonstrado por Vinegar et al. (1997).

Segundo Reed (1998), os bastonetes aquecem o solo a uma temperatura

que varia entre 215 e 800°C, dependendo do contaminante. Quando os

contaminantes alcançam os seus pontos de ebulição, eles sobem para a

superfície como vapor. Através do sistema de extração a vácuo, os vapores são

coletados e encaminhados para o equipamento de tratamento. De acordo com o

autor, a remoção dos contaminantes é maior que 99%.

Baker (2000) relata os trabalhos realizados na Termelétrica de Missouri,

MO. A contaminação era de PCB’s com concentração máxima de 20.000 ppm. O

ponto de ebulição deste tipo de contaminante é da faixa de 380ºC a 415ºC. A

área contaminada era composta de um solo argiloso, com uma profundidade de

contaminação de 3m. O nível d’água se encontrava a 3,5m da superfície e se

utilizaram tanto cobertores quanto bastonetes térmicos. A eficiência de aplicação



da técnica de dessorção térmica neste local foi de 99% e não se registrou

nenhuma migração de contaminantes para áreas vizinhas.

A Tabela 5, adaptada de Baker e Kuhlman (202), apresenta alguns locais

onde foi utilizada a DTIS como técnica de remediação. Na Tabela 5, também são

apresentados os contaminantes presentes, bem como as concentrações desses

antes e após o processo visando a descontaminação. Os resultados

apresentados nesta Tabela, atestam a eficácia do procedimento na remediação

de solos contaminados por compostos orgânicos.

Tabela 5 – Locais onde foi aplicado a dessorção térmica (Baker e Kuhlman, 2002).

Local ContaminanteConcentração inicial (ppm)

Concentração final (ppm)

S. Glens Falls, NY PCB 1248/1254 5000


A DTIS tem características as quais lhe dão um diferencial em relação a

outros métodos (EPA, 1999), como:

• Aplicável diretamente na superfície próxima a contaminação;

• Efetividade para uma grande variedade de contaminantes (até

aqueles com pontos de ebulição substancialmente maiores que o da

água);

• Habilidade de reduzir a contaminação para níveis muito baixos e

• Facilidade de operação para remediação rápida e barata de uma

variedade ampla de solos em condições de superfície.

Aines et al. (2000) associam as vantagens desse método a diversos

fatores, entre os quais:

• Aumento da volatilidade dos contaminantes;

• Rápida transferência de massa;

• Rápida difusão e evaporação;

• Aceleração das reações químicas;

• Aquecimento de solos pouco permeáveis;

• Baixa a viscosidade da água e contaminantes.

Todos esses fatores estão relacionados diretamente ao aquecimento do

meio contaminado.

O processo de DTIS oferece várias vantagens em relação aos métodos

tradicionais que utilizam calor com o princípio fundamental para limpeza de

meios sólidos, como é o caso da incineração.

Stegemeier e Vinegar (1995) sugere que o processo de incineração possui

uma série de fatores que o torna uma alternativa mais onerosa, que causa mais

impacto e ainda oferece um risco de provocar uma contaminação secundária

durante seu processo de tratamento. No processo de incineração o material

contaminado tem de ser removido da área em que se encontra, ser transportado

para uma central de incineração e, depois de tratado, pode ser ou não devolvido

ao lugar original. Isso onera esse método de tratamento, visto que as centrais de

incineração nem sempre estão próxima das áreas que precisam ser

descontaminadas. Os equipamentos e materiais envolvidos na mobilização e

transporte do material a ser incinerado são contaminados quando em contato



como o mesmo. Durante o transporte, caso o material esteja seco, pode ser

produzido uma poeira contaminada e se espalhar pelo caminho por onde é

transportado. No caso do material estar muito úmido, pode haver uma drenagem

de líquidos contaminados e, da mesma forma que o material seco, provocar

contaminação durante o trajeto.

Outros métodos que envolvem biorremediação ou remediação de solos por

algum tipo de substância química não têm provado ser suficientemente eficazes

em remover substâncias químicas para níveis extremamente baixos ou para

concentrações residuais quando combinações altamente tóxicas ou

carcinogênicos estejam presentes (Stegemeier e Vinegar, op. cit.).

A DTIS oferece maior segurança quanto ao risco de uma contaminação

secundária, visto sua aplicação direta na área afetada, sem causar maiores

impactos de acordo com Stegemeier e Vinegar (op. cit.). A DTIS é versátil e

pode ser utilizada em vários locais onde a escavação não é possível, abaixo e

ao redor de estruturas, por exemplo.

Quando é abordada a técnica da dessorção térmica in situ está se falando

de uma tecnologia que tem um custo efetivo mais baixo que incineração. De

acordo com Baker (2000), os custos para aplicação da técnica de dessorção

térmica variam de 75 a 260 dólares por m3. A Tabela 6 mostra um comparativo

de preços entre diferentes técnicas de remediação realizado por Wood (1997).

Tabela 6 – Comparativo de preços entre diferentes técnicas de remediação

(Wood, 1997).

Técnicas de Remediação Custo (em $)

Correções de superfície 18 – 72 / t Escavação e destruição off-site 13 – 90 / t Sistema de cobertura 36 – 54 / m2

Contenção 18 – 90 / t Parede de lama vertical: rasa 54 – 108 / m2

Parede de lama vertical: funda 108 – 216 / m2

Lavagem de solo 90 – 450 / t Lavagem físico-química 90 – 306 / t Extração de vapor do solo in situ 18 – 162 / t Estabilização/solidificação in situ 108 – 198 / t Técnicas eletrocinéticas in situ 72 – 216 / t Tratamento biológico: lagoa de sedimentação 90 - 144 / t



Tabela 6 (continuação) – Comparativo de preços entre diferentes técnicas de

remediação (Wood, 1997).

Técnicas de Remediação Custo (em $) Tratamento biológico: torre biológica 27 - 81/ t Tratamento biológico: compostagem 18 - 180 / t Tratamento biológico: cultura anexa 9 – 108 / t Tratamento biológico: in situ 9 – 288 / t Tratamento biológico: aeração 27 - 144 / t Incineração 90 – 2160 / t Vitrificação forno-básico 54 – 900 / t Estabilização/solidificação ex situ: inorgânico 36 – 63 / t Estabilização/solidificação ex situ: orgânico 72 – 108 / t Solidificação: cimento e pozolânico básico 36 – 306 / t Solidificação: cal 36 – 72 / t Extração de solvente 54 – 1080 / t Dehalogenação 270 – 756 / t

Conforme pode ser visto na Tabela 6, a incineração é a técnica mais

onerosa. Quando se compara a faixa de valores sugerida por Baker (2000)

observa-se que a dessorção térmica possui um valor competitivo.

2.4.Comportamento do fluxo de fluido e calor no processo de dessorção

O fluxo de calor em solos, embora não venha sendo muito estudado na

área geotécnica, é extremamente importante com relação: a poluição térmica, a

permanente estabilização do meio poroso por aquecimento, a transmissão de

eletricidade pelo subsolo e, por fim, a remediação de áreas degradadas

utilizando-se do aquecimento do subsolo.

De acordo com Duarte (2004), a profundidade de penetração do calor

dentro de uma massa de solo e a amplitude de variação diária de temperatura

são influenciadas pelas propriedades térmicas do solo. A penetração de calor

durante um dia é da ordem de 0,3 à 0,8m.

O processo de dessorção térmica in situ pode ser descrito pelas

equações fundamentais de fluxo de fluido e de calor (Stegemeier, 1998).

Para o fluxo do fluido é considerado que este está no regime permanente

de fluxo e é descrito pelas equações de Darcy para cada uma das fases do



fluido. A maioria dos processos de DTIS envolve o fluxo de óleo e água da fase

líquida, vapor d’água, voláteis produtos da volatilização de óleos e outros

contaminantes e, ainda, o fluxo de ar presente nos vazios do meio contaminado

(Stegemeier, op. cit.).

A Equação 01, descreve o processo de fluxo de um cobertor térmico. A

forma radial, mostrada na Equação 02, descreve o processo de fluxo dos

bastonentes térmicos. Nas equações de Darcy as propriedades do material

(permeabilidade absoluta e porosidade) são diferenciadas das propriedades do

fluido (viscosidade e densidade). A presença de fluidos diferentes e multifásicos

são descritos por uma correção da permeabilidade relativa que é função da

saturação de cada fase. Todas as propriedades empregadas nas Equações 1 e

2 podem variar com a temperatura (Stegemeier, 1998).

lpAkkq rL ∆

∆=

µ (01)

( )wer

R rrphkkq

ln2µ

π ∆= (02)

onde:

=RLq , vazão;

=k permeabilidade absoluta;

=rk permeabilidade relativa;

=A área;

=∆p variação de pressão;

=∆l comprimento do caminho de fluxo;

=µ viscosidade;

=er raio externo;

=wr raio do poço (bastonetes) e

=h comprimento do poço

No processo de DTIS ocorre aquecimento do meio por transmissão de

calor por condução e por radiação.

Vinegar et al. (1997) afirmam que o aquecimento por condução térmica é

responsável por mais de 80% da transferência de calor do processo de



dessorção térmica. Uma característica importante citada por Vinegar et al. (op.

cit.) é da criação de uma zona de alta temperatura (> 537ºC) nas proximidades

dos aquecedores, que causa a destruição rápida dos contaminantes antes que

eles saiam do meio contaminado.

No processo de condução térmica, é considerado que ocorre transmissão

de calor no regime permanente e transiente (Stegemeier, 1995).

Fourier, conforme ilustrado na Figura 3, o fluxo de calor que atravessa

um material plano de espessura “dx” e área “dA” normal ao fluxo, sendo “t1” e “t2”

as temperaturas extremas ao material, é diretamente proporcional à área “dA”

enquanto que a diferença de temperatura é inversamente proporcional à

espessura “dx”. A equação 3 exprime numericamente esta afirmação.

Figura 3 – Esquema do fluxo de calor que atravessa um material

( 21 ttdxdAq −⇒ ) (03)

Substituindo os tipo de materiais, Fourier observava que, apesar de

mantidas invariáveis as demais condições, o fluxo de calor não era igual. O fluxo

variava com a natureza do material ensaiado.

Surgiu então o conceito de um valor particular para cada material. Este

valor foi denominado de coeficiente de condutividade térmica λ, que ao ser

introduzido na Equação 03, produz a seguinte relação.

)( 21 ttdxAq −= λ (04)



O fluxo de calor por condução pode ser comparado ao fluxo de um fluido

através de um meio poroso A permeabilidade é análoga ao coeficiente de

condutividade térmica. A condutividade térmica (λ) é definida como a quantidade

de calor que passa numa unidade de tempo através de uma unidade transversal,

devido a um gradiente de temperatura aplicado na direção do fluxo.

A Tabela 7, adaptada de Mitchell (1993), apresenta alguns valores típicos

de condutividade térmica, e também valores de calor específico “c” e de

capacidade de aquecimento volumétrico “C”.

Tabela 7 - Propriedades Térmicas do Solo (adaptada de Mitchell, 1993).

Condutividade Térmica Material W /m / ºK Ar 0,024

Água 0,60 Gelo 2,25

Granito 2,76 Folhelho 1,56

Cobre 389 Condutividade Térmica Material W/m/ºK

Valores médios de solos 0,25 – 2,9 (~1,7) Quartzo 8,4

Matéria Orgânica 0,25 Calor específico Material cal/gºC

Quartzo 0,175 Valores médios de solos 0,175

Matéria orgânica 0,46 Água 1,00

Ar 0,24 Capacidade de Aquecimento Volumétrico

Material cal/cm3 ºC

Água 1,0 Valores médios de solos 0,46

Quartzo 0,46 Matéria Orgânica 0,60

Ar 0,00029

Calor específico é a capacidade de mudar em 1ºC a temperatura de um

peso unitário de um dado material (cal/gºC). A capacidade de aquecimento

volumétrico é a capacidade de mudar a temperatura de um volume unitário em

1ºC (cal/cm3ºC). Assim a capacidade de aquecimento volumétrico é o produto do

calor específico pelo peso específico “ρ”(g/cm3), de acordo com



ρ.cC = (05)

O comportamento do fluxo de fluido para cobertores térmico segundo

Stegemeier (1998) pode ser descrito pela lei de Fourier. As Equações 06 e 07

descrevem o fluxo de calor por condução no regime permanente, sendo a

equação 06 a forma linear que representa o cobertor térmico e a Equação 07 a

forma radial para o sistema de aquecimento que utiliza bastonetes térmicos.

LTAqhl ∆

∆= λ (06)

( )wehr rrThq

ln2 ∆

=πλ

(07)

onde:

=RLq , vazão;

=∆T variação de temperatura; =∆L comprimento do caminho de fluxo;

=λ condutividade térmica;

=er raio externo;

=wr raio do poço (bastonetes) e

=h comprimento do poço.

Devido à existência de fluxo de calor e fluxo de fluido simultaneamente, e

como o fluxo de calor é bem mais lento que o fluxo de fluido, muitas vezes se faz

necessário considerar o regime transiente para o processo (Stegemeier, 1998).

O regime transiente de transmissão de calor é aquele em que o fluxo de

calor que atravessa um corpo varia com o tempo, e, portanto, a temperatura de

um ponto interior ao corpo é variável (Araújo, 1970).

O fluxo de calor no regime transiente é expresso pela Equação 8:

teTTAq

xtx

fi παλ

4

2

)( −−= (08)

onde:



=q fluxo de calor;

=λ condutividade térmica;

=α difusividade térmica;

=x distancia; =t tempo;

=iT temperatura inicial na face A;

=fT temperatura final na face A e

=A área.

Outro coeficiente útil no processo de transferência de calor, presente na

Equação 08, é a difusividade térmica (α). Matematicamente a difusividade

térmica é a razão da condutividade pelo produto do calor específico ( ) e

densidade (

cρ ), de acordo com:

ρλαc

= (09)

Altos valores de difusividade térmica implicam na capacidade de

mudanças rápidas e consideráveis na temperatura. Um solo deve ter uma

difusividade térmica muito maior quando está congelado do que quando estiver

descongelado, devido a dois fatores: os altos valores de condutividade térmica

de solos congelados e os baixos valores de calor específico do gelo quando

comparado à água líquida.

Segundo Vinegar (1995) o aquecimento por radiação é importante

apenas na região próxima dos aquecedores e para aquecedores com

temperatura superior a 537ºC. Vinegar (op. cit.) relata que na região próxima aos

bastonetes térmicos ocorre uma área de sobreaquecimento. Na prática, o

aquecimento por radiação é desconsiderado tanto para cobertores térmicos

como para bastonetes térmicos, visto a radiação provocar o aquecimento de

uma pequena porção do meio tratado (Stegemeier, 1998). O aquecimento por

radiação é aquele no qual uma fonte quente aquece uma fonte fria sem,

entretanto, aquecimento do meio entre as duas fontes (Araújo, 1970). O

processo obedece a seguinte expressão matemática:



f

ee

TTSFo

−+−=

1111)(

21

42

41 (10)

Onde:

=S constante de Stephan-Boltzmann;

=e emissividade;

=f fator de forma;

=1T temperatura emitida e

=2T temperatura absorvida.

Nessa fórmula aparece o termo emissividade, , que se refere à fração

de energia que um corpo emite quando comparado com a emissão de um corpo

negro submetido à mesma temperatura.

e

2.5. Sistema de dessorção térmica e tratamento de gases

Um sistema mais completo de dessorção térmica in situ envolve desde

da limpeza do meio sólido contaminado como também o tratamento das

emissões gasosas produzidas no processo de dessorção.

Stegemeier e Vinegar (1995) descrevem um equipamento de dessorção

térmica bem como o seu procedimento de funcionamento. Esse sistema, visto na

Figura 4, utiliza vácuo para extração das emissões produzidas.



Filtro de carvão ativado

Exaustão

Fluxo de ar

Aquecedor Oxidador térmico Bomba

a vácuo Trocador

Camada impermeável Isolante térmico

Zona Contaminada

Figura 4 – Esquema do sistema de dessorç

O sistema apresentado por Ste

fonte aquecedora cobertores térmicos o

o solo contaminado. Possui sobre o cob

visto esquematicamente na Figura 5, q

externo, e sobre esse uma manta em si

da área do cobertor térmico impedind

para atmosfera. O fluxo de calor por

temperatura gradual fazem com que

vários mecanismos, incluindo: evaporaç

oxidação entre outras reações químicas

Figura 5 – Detalhes do cobertor térmico.

Solo

ão térmica in situ, Terratherm.

gemeier e Vinegar (1995) utiliza como

s quais são colocados diretamente sobre

ertor um sistema de isolamento térmico,

ue impede a perda de calor para o meio

licone para vedação que se estende além

o a saída das emissões gasosas direto

condução térmica, e os incrementos de

os contaminantes sejam removidos por

ão, ebulição, destilação a vapor, pirólise,

, sugere Baker e Kuhlman (2002).



Baker e Kuhlman (2002) apresentam faixas de temperaturas onde ocorrem

os mecanismos de remoção dos contaminantes. Essas faixas estão listados na

Tabela 8.

Tabela 8 – Mecanismos de remoção dos contaminantes versus temperatura (Baker e

Kuhlman, 2002).

Evaporação

Ebulição ( e VOC’s) OH 2 Destilação a vapor (arrasto)

≤ 100ºC

Ebulição (SVOC’s)

Pirólise (craqueamento térmico) e

Oxidação

≥ 100ºC

Os produtos volatilizados são capturados pelo sistema a vácuo e passam

por um processo de descontamição.

No sistema de dessorção apresentado por Stegemeier e Vinegar (1995),

o sistema de aplicação de vácuo além de fazer as emissões passarem pelo

sistema de tratamento das emissões, tem o papel de manter o fluxo de ar e de

contaminante dentro do cobertor térmico. Stegemeier e Vinegar (op. cit.) relatam

que o fluxo de ar dentro do cobertor térmico é de fundamental importância para

os processos de evaporação, ebulição, destilação a vapor, oxidação e pirólise

que podem ocorrer no processo. Na Figura 6 é possível verificar o fluxo de ar

provocado pelo bombeamento a vácuo.

Figura 6 – Fluxo de ar provocado pelo bombeamento a vácuo.

Segundo Baker e Kuhlman (2002) para hidrocarbonetos e para o TCE as

reações são:



Hidrocarbonetos:

Pirólise 21220 6)(20 HcoqueCHC +⇒ (11)

Oxidação OHCOOHC 2221220 62023 +⇒+ (12)

C 22)( COOcoque ⇒+ (13)

TCE:

Pirólise 22232 3324 HHClCOOHHClC ++⇒+ (14)

Oxidação HClCOOOHHClC 32 22232 +⇒++ (15)

Na Figura 7 apresenta, esquematicamente, como os compostos

perigosos são oxidados através do processo de dessorção térmica.

Figura 7 – A química do tratamento por oxidação. (TerraTherm,1999)

Antes do início do aquecimento é aplicado vácuo para criar um fluxo de

fora da área coberta pela manta de silicone para dentro do sistema de dessorção

térmica, conforme mostra a Figura 6. A aplicação de vácuo tem como função

arejar o meio contaminado para facilitar o processo de dessorção. No caso de

hidrocarbonetos de petróleo, a ventilação impede a formação de coque, e faz

com que sempre se tenha um fluxo ascendente dos contaminantes volatilizados.



Além disto, a sucção provocada no solo impede a migração de contaminantes

para áreas distantes da fonte de aquecimento conforme citado no item 2.2.

O sistema de tratamento das emissões gasosas produzidas no processo

de descontaminação está instalado na linha do sistema a vácuo. Isto assegura a

qualidade do ar dos gases a serem aspirados pela bomba a vácuo, melhorando

sua eficiência.

O sistema de tratamento das emissões é geralmente composto de alguns

equipamentos, como um condensador (troca de calor), uma câmara de carvão

ativado (filtro), e um oxidador térmico.

Os oxidadores térmicos destroem os contaminantes ainda presente nas

emissões gasosas por oxidação ou pirólise, dependendo se há presença ou não

de ar. Os contaminantes vaporizados pelo cobertor térmico ou pelos bastonetes,

são succionados pelo sistema de vácuo e os gases são destruídos quando

alcançam as elevadas temperaturas do oxidador térmico, onde os contaminantes

são transformados em dióxido de carbono e água, conforme sugere a Figura 7.

Os condensadores são recomendados para processos onde os gases

aspirados estejam contaminados por agentes químicos ou com excesso de

umidade, comprometendo o funcionamento da bomba e, conseqüentemente, a

eficiência no vácuo final. O condensador resfria as emissões gasosas e assim

faz-se a captação de líquidos. A esses líquidos é dados um destino final.

No sistema de descontaminação dos gases apresentado por Stegemeier

e Vinegar (1995), o condensador é o segundo equipamento na linha de

tratamento das emissões ficando logo após o oxidador térmico. A troca de calor

provocada pelo condensador faz com que a adsorção pelo filtro de carbono

ativado seja mais eficaz.

As câmaras de carvão ativado captam os hidrocarbonetos gasosos,

incluindo vapores de óleo, minimizando os odores exalados. O carvão ativado

usado para adsorção dos contaminantes presente nas emissões é regenerado e

pode ser reutilizado.

Alguns fatores podem afetar a adsorção pelo carvão ativado. Manbe

(1988), menciona:

• Composição química das espécies a serem adsorvidas;

• Características físicas e químicas do carvão ativado, tais como área

superficial, tamanho e formato dos poros, composição química;

• Características físicas e químicas do adsorbato (contaminante), tais

como tamanho da molécula, polaridade e composição química;



• Características do contaminante tais como temperatura e pH;

• Concentração do adsorbato e

• Tempo de residência.

A eficiência do filtro de carvão ativado é função do fluxo de ar, da

temperatura e do teor de umidade (EPA, 1994). Altas temperaturas e umidade

podem reduzir a capacidade de adsorção do carvão ativado.


3 Desenvolvimento de um novo protótipo de dessorção térmica in situ

O primeiro protótipo de um sistema de dessorção térmica, desenvolvido

por Portes (2002), tinha a finalidade de remediar in situ resíduos de limpezas de

praias atingidas por derrame de óleo. O sistema foi projetado como uma

ferramenta operacional de um sistema de contingência de derrame de óleo em

ambientes costeiros. Suas características não são apropriadas para o uso em

dutovias, que requerem um sistema modular que se adeque a suas

características geométricas. Assim, resolveu-se projetar e construir um novo

sistema. Este capítulo apresenta as características desejáveis de um sistema

para remediação de britas das dutovias (pipeways) e de pisos de concreto, bem

como descreve o sistema desenvolvido.

3.1. Características desejáveis

No intuito de obter a melhor simulação das condições e dificuldades a

serem encontradas em campo, quando utilizado a técnica de dessorção térmica,

procurou-se nesse trabalho projetar e desenvolver um protótipo de dessorção

térmica in situ eficiente e que apresentasse as seguintes características:

• Cobertor térmico, para o aquecimento do meio a ser

descontaminado, que atinja temperaturas de até 1000ºC. Este

ainda deve apresentar compatibilidade com compostos químicos

agressivos;

• Sistema de controle de temperatura, adequado às características

do cobertor térmico;

• Sistema de vedação para emissões, impedindo que as emissões

gasosas, produzidas durante o funcionamento do NPTIS, sejam

emitidas direto para a atmosfera sem o devido tratamento;


Capítulo 3 - Desenvolvimento de um novo protótipo de dessorção térmica in situ 52

• Um isolamento térmico eficaz, que evite, ou pelo menos, minimize a

passagem de calor do cobertor térmico para o meio externo, e

também impeça o aquecimento excessivo do material usado para

vedação dos gases;

• Um sistema de tratamento das emissões produzidas no processo

de dessorção e

• Um sistema de aquisição de dados e monitoramento de

temperatura durante o funcionamento do NPTIS.

3.2. Equipamentos projetados, desenvolvidos e materiais especiais utilizados no NPTIS

Foram projetados e desenvolvidos uma série de equipamentos para o

sistema de dessorção térmica in situ, e também se buscou materiais especiais

mais adequados às condições que se desejava atingir. A Figura 8 mostra o

diagrama esquemático do protótipo.

Figura 8 – Esquema do novo sistema de dessorção térmica a ser desenvolvido.

O protótipo possui os seguintes componentes:

• Cobertor térmico;

• Fibra cerâmica (isolante térmico);

• Manta asfáltica (vedação para emissões);


Capítulo 3 - Desenvolvimento de um novo protótipo de dessorção térmica in situ 53

• Controladores de temperatura;

• Controladores de potência;

• Câmara de carvão ativado (filtro e amostragem de gases);

• Bomba á vácuo;

• Oxidador térmico e

• Sistema de aquisição de dados.

Segue abaixo a descrição mais detalhada desses equipamentos

desenvolvidos e dos materiais utilizados.

3.2.1. Calha em concreto

Com a finalidade de representar um modelo piloto, do que poderia ser

encontrado em campo, foi feita em concreto armado uma calha, em formato

trapezoidal, nas dimensões apresentadas na Figura 9. A calha tem a finalidade

de servir como local de depósito de material conta

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