4.1 – Parte Experimental em Laboratório 4.1.1 – Placas utilizadas para teste
Os experimentos foram conduzidos com materiais com alta energia de superfície como o vidro e alumínio, aço inoxidável AISI 304; materiais tóxicos ao Mexilhão Dourado como zinco, cobre e latão, bem como materiais poliméricos com baixa energia livre de superfície (Polietileno, PET, PVC, Teflon, Polipropileno, Poliuretano) e aço carbono SAE 1020, por ser esse um material muito usado em usinas hidroelétricas. Usou-se ainda recobrimentos comerciais utilizados em usinas hidroelétricas, denominado A, B, C, D e E, bem como recobrimentos comercializados como antifouling, que foram denominados F, G, H e I. Recobrimentos desenvolvidos no CETEC, à base de PET aspergido e pó de cobre como biocida, também foram testados.
4.1.2 – Cultivo dos organismos
O Limnoperma fortunei, depois de coletado no reservatório da Usina Binacional de Itaipu, foi mantido em aquário com aeração e em água declorada na temperatura do ar próximo dos vinte e cinco graus Celcius, como mostra a Figura 4.1, sendo ela trocada três vezes por semana para se evitar o acúmulo de excretas. Usou-se alimentação `a base da alga Selenastrum capricornutum e alimento composto (ração de peixe fermentada e levedura dissolvida em água destilada).
Figura 4.1 – Aquário do Laboratório de hidrobiologia, onde se cultivou o Limnoperna fortunei no CETEC.
4.1.3 – Cálculo da força de desligamento
O cálculo da força de desligamento foi feito a partir de medidas de força de desligamento realizadas com auxílio de uma balança. Durante a medida, uma garra é fixada a mexilhão já bissado e deslocada verticalmente em direção oposta ao organismo, enquanto observa-se no display da balança o valor da carga aplicada durante o processo de tracionamento, anotando- se o valor imediatamente antes do desligamento, a que se denomina massa mínima de tração. Subtraindo-se a massa do conjunto (placa + mexilhão) da massa mínima, e multiplicando-se o valor pela aceleração da gravidade, pode-se calcular a tração necessária para desprender-se o mexilhão do substrato onde ele se fixou, ao que se denomina a força de desligamento do mexilhão, Eq. 4.1:
(
Mconj Mmex M)
gFd = − − min * Eq.4.1
Onde:
Fd = Força de desligamento (N)
Mconj = Massa da placa + massa do mexilhão (Kg)
Mmex = massa do mexilhão (Kg)
min
M = massa mínima registrada na balança durante o processo de tração (Kg) g= Aceleração da gravidade (m2/s)
4.1.4 – Cálculo do ângulo de contato para o cálculo da energia livre de superfície e suas componentes
Mediu-se o ângulo de contato das placas testadas utilizando-se um goniômetro (Contact Anglometer – modelo 1501 - Micromeritics Corporation S.A.), Figura 4.2. Para a determinação de diferentes componentes da energia de superfícies, usou-se três líquidos com componentes da tensão superficial conhecidos, Tabela IV.1.1. Para os cálculos, utilizou-se a equação de Owens et all, Eq. 3.7[34]:
Tabela IV.1.1 - Energia livre de superfície dos líquidos que foram utilizados[31].
Líquidos puros γγγγLd(mJm-2) γγγγLp(mJm-2) γγγγLh(mJm-2)
n-Hexacecano 27.6 0 0
Água 29.1 1.3 42.4
Figura 4.2 - Goniômetro montado para realização dos experimentos, tripé regulável de aço inoxidável cuja parte superior possui um encaixe para o porta-amostra, porta-amostra de aço- inoxidável com rosca, suporte de acrílico que é acoplado ao porta- amostra, micrômetro para medir a altura máxima da gota sobre a amostra.
Para cada amostra polimérica e para a amostra de vidro, foi registrada, com a utilização do goniômetro, a altura máxima que uma gota de cada um desses líquidos atingia após a altura não variar significamente, quando depositada sobre os materiais. O procedimento foi feito em triplicata para cada material. Utilizou-se os valores médios para o cálculo dos ângulos de contato da interface sólido-líquido para cada substrato, de acordo com os modelos apresentados, Eq.4.2 e Eq.4.3.
Figura 4.3 - Esquema da gota de líquido sobre sólidos com ângulos maiores e menores que 90°.
Se o operador visualizar um ângulo θ entre 0 e 90° ele utilizará a Eq. 4.2 e se a visualização do ângulo indicar valor maior do que 90°, ele utilizará a Eq.4.3, para se obter o resultado do ângulo de contato.
(
1)
*(
1(
* 2))
* 3 * 1 cos 2 2 h B h B − − − = ε θ Eq.4.2(
)
2 2 * * 1 * 3 * * 2 4 1 cos h B B h ε θ − − + − = Eq.4.3 Sendo B=ρ*gγ Eq.4.4 onde: ρ= densidade do líquido (g/cm3) g= aceleração da gravidade (cm/s2)γ= energia livre de superfície do líquido (ergs/cm2) h = altura máxima do líquido (cm);
ε = porosidade da superfície.
Na prática, a porosidade de um sólido pode ser considerada como zero.
A partir do ângulo de contato pode-se calcular as componentes de energia livre para as placas testadas, utilizando a Eq. 3.7.
Líquido Líquido
Sólido Sólido
Ângulo < 90°
4.1.5 – Seleção dos organismos para teste
Foram selecionados os mexilhões dourados para teste de acordo com método usado por Matsui et all[31] .Os organismos usados possuíam tamanho da concha intacta entre 1,5cm e 2,0cm, que estavam bissados no aquário ou entre eles e que respondiam a estímulos externos, como mostra a Figura 4.4 e 4.5.
Figura 4.4 – Aquários do laboratório de hidrobiologia do CETEC onde os organismos foram retirados para experimento.
4.1.6 – Preparo dos corpos de prova
Os corpos de prova para a fixação de mexilhões foram cortados no tamanho de 13,5cm por 8cm, para em seguida serem limpos, com procedimento adequado para cada tipo de corpo de prova (jateamento para o aço carbono, desengraxamento para os materiais metálicos e vidro, limpeza ultra-sônica, para materiais metálicos, vidros e polímeros). Um barbante foi amarrado nas placas, que foram usados para se forçar os organismos a se manterem sobre elas, conforme procedimento de Matsui et all[31].
4.1.7 – Medida da força de desligamento
Foram utilizadas 8 placas de cada material com 13,5 x 8cm cada. Os mexilhões utilizados nos experimentos estavam sendo cultivados em laboratório, tendo-se utilizado 60 organismos para cada tipo de material. Esses organismos foram usados em duas etapas. Na primeira foram dispostos 5 organismos por placa, totalizando-se 40 deles. Em uma segunda etapa esse experimento foi repetido, utilizando-se 4 placas com 5 organismos cada somando-se mais 20 organismos testados por material, excetuando-se o experimento com os recobrimentos comerciais utilizados por usinas hidroelétricas e recobrimentos comerciais que foram testados utilizando apenas 2 placas com 5 organismos em cada totalizando 10 organismos. Os recobrimentos desenvolvidos no CETEC foram testados em grupos de 5 placas por composição, sobre os quais foram colocados 4 organismos por placa totalizando 20 organismos por composição de recobrimento, esta variação no número de organismos testados se deve a disponibilidade de organismos na data do teste.
Para os testes de tração, foram utilizados uma balança Metter PC 2000 capacidade de 2200g, e incerteza de 0,05g, uma garra, um barbante e um anteparo de metal para levantar o fio amarrado na garra com o mexilhão.
As placas foram retiradas da água e secas com papel toalha. As amostras foram colocadas sobre a balança e os testes realizados, como mostram as Figuras 4.6 e 4.7.
Figura 4.6 - Placa com mexilhões. Figura 4.7 - Teste de tração.
4.1.8 – Medidas de rugosidade
Medidas da rugosidade média, Ra, e rugosidade total, Rt, das placas poliméricas e de vidro foram feitas utilizando-se um perfilômetro (fabricante Taylor-Hobson, marca Form Talysurf Series 2), Figura 4.8 e 4.9. Placas de aço inoxidável foram jateadas de modo a se obter três níveis diferentes de rugosidade para um mesmo material, foram preparadas e ensaiadas para medir-se força de desligamento e porcentagem de mortos e aderidos.
Figura 4.8 - Rugosidade média Ra. o perfil médio é a linha tal que, no comprimento L, a soma das áreas cheias acima é igual à soma das áreas vazias abaixo (considerando a superfície sem ondulação).
Figura 4.9 - Rugosidade total Rt. rugosidade total é dada pela diferença entre o pico mais alto e a depressão mais baixa no comprimento considerado
4.2 – Parte Experimental em Campo 4.2.1 – Placas utilizadas para teste
Foram escolhidos materiais com altas energia de superfície, vidro e metais, alguns desses materiais tóxicos ao Mexilhão Dourado, como zinco, cobre e latão, sendo os outros não tóxicos (aço carbono SAE 1020, aço inoxidável AISI 304, alumínio); materiais poliméricos com baixa energia de superfície (Polietileno, PET, PVC, Teflon, Polipropileno, Poliuretano); bem como recobrimentos comerciais, inclusive recobrimentos comercializados como antifouling. Recobrimentos comerciais sem biocidas foram denominados de A, B, C, D, F, G e H e os recobrimentos que continham biocidas foram denominados de I, J, L, M, N, O, P, Q, R, S e T. Novos recobrimentos desenvolvidos no CETEC, à base de PET aspergido e pó de cobre como biocida, também foram testados.
4.2.2 – Preparo dos corpos de prova
Os corpos de prova foram cortados no tamanho de 13,5cm por 8cm a partir de placas que e nelas realizados furos com 0,5mm de diâmetro para fixação em garrafas PET. Essas garrafas foram submersas para o teste no campo. A limpeza adequada de cada placa foi feita antes de se enviar o material para o campo, o que consistiu em jateamento para o aço carbono, desengraxamento para os materiais metálicos e limpeza ultra-sônica para materiais metálicos e polímeros.
4.2.3 – Preparo do experimento em campo
O local escolhido para efetuar o experimento em campo foi o rio Paraguai,próximo à região de Corumbá, Estado de Mato Grosso do Sul, onde já há registro da infestação do Mexilhão Dourado.
Os corpos de prova foram fixados dentro de garrafas PET perfuradas, que permitiram a passagem por elas de água do rio e o livre acesso de larvas do mexilhão às placas para ensaios, possibilitando a eles se fixarem nas placas sem interferência de outros animais presentes no rio. As garrafas foram dispostas entre 2 e 3 metros de profundidade, suspensas por um cordão. Quatro placas de cada material foram enviadas a campo e dispostas para o experimento no mês de agosto, durante 4 meses. A cada um dos meses, setembro, outubro, novembro e dezembro, foi retirada uma das placas para contagem dos organismos
aderidos.Uma placa de cada material foi mantida no ambiente até março para que os organismos fixados a ela pudessem crescer para se realizar o teste da força de desligamento.
4.2.4 – Contagem da abundância do Mexilhão Dourado por placa
De novembro a dezembro foi contado o número de mexilhões aderidos em cada material. A Figura 4.10 mostra uma das garrafas com placas submetidas ao ensaio para fixação dos organismos.
Figura 4.10 - Placas ensaiadas, dispostas dentro de uma garrafa PET, antes da contagem de organismos aderidos.
4.2.5 – Ensaio da força de desligamento
A quinta placa de cada material foi retirada no mês de março. Esse período mais longo foi necessário para o crescimento dos organismos ao ponto que viabiliza os ensaios para medida da força de desligamento, realizados conforme descrito no item 4.1.3.