24º Congresso Nacional de Transporte Aquaviário,
Construção Naval e Offshore
Rio de Janeiro, 15 a 19 de Outubro de 2012
Estudo comparativo entre o custo da otimização da utilização de recursos para
o combate a emergências envolvendo derivados de hidrocarbonetos e o
dimensionamento estabelecido pela CONAMA 398/08
Bernardo Lopes Almeida de Oliveira Theodoro Antoun Netto Laboratório de Tecnologia Submarina Programa de Engenharia Oceânica – COPPE / UFRJ
Resumo:
Atualmente, as instalações offshore são essenciais para extração e produção de petróleo em águas profundas. Estas instalações precisam apresentar propriedades estruturais confiáveis para condições severas de operação, considerando fatores que podem comprometer a integridade da estrutura. Considerando essas preocupações, há sempre o risco de ocorrência de um acidente de grandes proporções e severos impactos ambientais. Geralmente, esses acidentes ocorrem por meio de falhas operacionais, colisões e falhas de equipamentos. O custo de operações de combate a derramamentos de derivados de hidrocarbonetos tende a ser grande, pois não se utiliza a estratégia de resposta adequada.
Este trabalho apresenta um estudo comparativo entre o custo de uma operação utilizando o dimensionamento apresentado pela Resolução CONAMA nº 398, de 11 de junho de 2008, e o custo da utilização de recursos de combate a um derramamento de derivados de hidrocarbonetos no mar otimizado numericamente. Será apresentada também uma análise sobre os resultados obtidos e uma conclusão sobre o método aplicado.
1 – Introdução
Atualmente, as instalações offshore são essenciais para extração e produção de petróleo em águas profundas. Estas instalações precisam apresentar propriedades estruturais confiáveis para condições severas de operação, considerando fatores que podem comprometer a integridade da estrutura, como variáveis ambientais, pressão, fadiga de material, corrosão, entre outros. Adicionalmente, a maioria das jazidas exploradas encontra-se próxima a áreas de alta sensibilidade ambiental, ocasionando a elaboração de legislações específicas que exigem das empresas operadoras dos poços prevenção de danos ambientais, pois há sempre a preocupação de
um acidente de grandes proporções e severos impactos.
Diante deste problema, o desenvolvimento e aprimoramento de estratégias de combate têm crescido nos últimos anos (Costa, 2007). A fiscalização exercida pelos órgãos ambientais intensificou o processo e as empresas se viram obrigadas a investir na resposta a derramamentos de derivados de hidrocarbonetos. Entretanto, este tipo de atividade, para uma alta eficiência, deve agregar vários aspectos operacionais, administrativos, tecnológicos, táticos, entre outros.
O custo de operações de combate a derramamentos de derivados de hidrocarbonetos tende a ser grande, pois
não se utiliza a estratégia de resposta adequada, adotando uma preferência pelos equipamentos de efeito imediato que possuem custo elevado tanto para operação quanto para destinação de resíduos.
Este trabalho apresenta um estudo comparativo entre o custo de uma operação utilizando o dimensionamento apresentado pela Resolução CONAMA nº 398, de 11 de junho de 2008, e o custo da otimização da utilização de recursos de combate a um derramamento de derivados de hidrocarbonetos no mar considerando um vazamento de 400 m3 de óleo combustível de uma embarcação de 300 metros de comprimento. Será adotada uma estratégia de combate relativamente simples (contenção e recolhimento), equipamentos de combate (barreiras de contenção e absorventes, e recolhedores) e os custos envolvidos na operação (equipamentos e destinação de resíduos). Esta abordagem será a mesma para o cálculo segundo a CONAMA 398/08 e para o cálculo otimizado.
2 – Equipamentos Utilizados
Serão apresentados a seguir os principais equipamentos utilizados para resposta a uma emergência envolvendo derramamento de derivados de hidrocarbonetos.
2.1 – Barreiras de Contenção
As barreiras de contenção são utilizadas para evitar que a mancha de óleo se espalhe, através de cercos na fonte do vazamento, e também para evitar que o óleo atinja áreas de alta sensibilidade ambiental. Podem ser específicas para águas rápidas, calmas, abrigadas, turbulentas e offshore. De acordo com a CONAMA 398/08, as barreiras de contenção disponíveis para uma instalação marítima deve ser três vezes o comprimento da maior embarcação que opera no local.
Figura 1 - Barreira de Contenção
2.2 – Barreiras e Mantas Absorventes
As barreiras e mantas absorventes são feitas de materiais oleofílicos (alta absorção de óleo) e são extremamente leves, sendo mais utilizadas
em águas abrigadas e em cercos de proteção a áreas de alta sensibilidade ambiental. O dimensionamento segue o mesmo critério das barreiras de contenção, porém as mantas absorventes devem ser o dobro da quantidade de barreiras absorventes disponíveis.
Figura 2 - Barreiras Absorventes
Figura 3 - Mantas Absorventes
2.3 – Recolhedores
Os recolhedores de óleo podem ser específicos para águas abrigadas ou offshore. Podem ser de quatro tipos: mecânicos, vertedouros e oleofílicos. A CONAMA 398/08 especifica que a Capacidade Efetiva Diária de Recolhimento de Óleo (CEDRO) apresentada pelo recolhedor deve ser igual ou superior à Descarga de Pior Caso (DPC) de um vazamento.
Figura 5 - Recolhedor Portuário
2.4 – Armazenamento Temporário
O armazenamento temporário do óleo recolhido geralmente é feito por tanques infláveis rebocados junto ao costado de embarcações, mas existem ocasiões em que a própria embarcação cede um de seus tanques, substituindo o tanque inflável. O armazenamento temporário deve ser equivalente ao volume de óleo recolhido durante 3 horas de funcionamento do recolhedor de maior vazão (capacidade de recolhimento).
2.5 – Dispersantes
Os dispersantes são produtos químicos capazes de quebrar as moléculas do óleo emulsificado, porém de acordo com a Resolução CONAMA nº 269, de 14 de setembro de 2000, é proibida a aplicação deste produto, seja em águas abrigadas ou offshore.
2.6 – Absorventes Orgânicos
Os absorventes orgânicos são produtos que apresentam capacidade de recolhimento de óleo em ambientes secos, como convés de embarcações, píeres, entre outros. Serragem e turfa são os mais utilizados.
3 – Metodologia
Este trabalho apresenta duas etapas: a primeira consiste no cálculo do custo de uma operação de resposta a derramamento de derivados de hidrocarbonetos de acordo com o dimensionamento estabelecido na Resolução CONAMA nº 398, de 11 de junho de 2008, que compõe o Anexo III de um Plano de Emergência Individual. A segunda etapa consiste no mesmo cálculo, porém com uma ferramenta de otimização (no caso foi utilizada a ferramenta solver do Microsoft EXCEL 2007) para o custo de toda a operação.
3.1 – Cálculo da Resposta (CONAMA 398/08)
Com os dados da embarcação (vazamento de 400 m3 de óleo e 300 metros de comprimento), é criada uma planilha no software Microsoft EXCEL 2007 com o cálculo
de todo o dimensionamento estabelecido no Anexo III da CONAMA 398/08.
3.1.1 – Descarga de pior caso
A descarga de pior caso é calculada conforme metodologia estabelecida pela CONAMA 398/08, a seguir:
Tabela 1 - Método de cálculo segundo a CONAMA 398/08
Descarga Volume Tempo
Capacidade Efetiva Diária de Recolhimento de Óleo (CEDRO) Pequena Igual ao menor valor entre 8 m3 e o volume de descarga de pior caso 2 horas Igual ao volume de descarga pequena Média Igual ao menor valor entre 200 m3 e 10% do volume de descarga de pior caso 6 horas Igual a 50% do volume de descarga média 12 horas Igual a 15% do volume de descarga de pior caso 36 horas Igual a 30% do volume de descarga de pior caso Pior Caso Igual ao volume total derramado 60 horas Igual a 55% do volume de descarga de pior caso
A tabela resultante apresenta o seguinte aspecto:
Tabela 2 - Descargas de pior caso Descarga Volume (m3) requerido (mCEDRO 3) Tempo de Resposta
Pequena 8 8 2h Média 40 20 6h 60 Nível 1 12h 120 Nível 2 36h Pior caso 400 220 Nível 3 60h 3.1.2 – Capacidade Nominal
A Capacidade Nominal dos recolhedores é calculada pela seguinte fórmula:
onde, CEDRO representa a capacidade efetiva diária de recolhimento de óleo.
A partir dos dados acima, pode-se calcular a capacidade nominal para cada tipo de descarga, apresentadas na tabela a seguir.
Tabela 3 - Capacidade Nominal por descarga Descarga Volume (m3) Capacidade Nominal dos recolhedores (m3/h) Pequena 8 1,67 Média 40 4,17 12,5 (nível 1) 25 (nível 2) Pior caso 400 45,83 (nível 3)
O próximo passo é calcular a quantidade de barreiras necessárias para o atendimento desta emergência. Seguindo os critérios apresentados anteriormente no 2º item, verifica-se a necessidade de 900 metros, tanto absorventes quanto de contenção.
O próximo passo é verificar o custo da operação (recolhimento + destinação). Para e feitos apenas de estudos, foram adotados custos hipotéticos, porém condizentes com a realidade dos equipamentos utilizados. A tabela dos custos de cada equipamento segue abaixo:
Tabela 4 - Custos da operação
Descrição Item Valor (R$) Unidade
Recolhedor
(aluguel) 85 /hora Recolhimento
Barreiras
Absorventes 325 lance de 3 metros Óleo Recolhido 45 /m3 Destinação Barreiras
Absorventes 30 /ton
3.1.3 – Custo Total da Operação
A função custo total da operação de resposta a emergência é descrita pela seguinte fórmula:
(2) onde, Pb representa o preço do lance de 3 metros de barreiras absorventes (cada lance absorve 0,35m3 de óleo), Nl representa o número de lances utilizados na emergência, Pr representa o preço do aluguel do recolhedor por hora de operação, t representa o tempo de utilização do recolhedor, Pdb representa o preço da destinação de barreiras por tonelada, Wb representa o peso das barreiras com o óleo
absorvido (ρóleo = 0,78t/m³), Pdo representa o preço da destinação do óleo recolhido por metro cúbico e Vo representa o volume de óleo recolhido.
Neste caso, a utilização do recolhedor se deu durante quase 6 horas. O custo desta emergência é de R$113.733,50, considerando que todos os recursos foram utilizados.
3.1.4 – Cálculo da Resposta (Otimização)
A otimização de uma situação consiste em identificar a melhor solução para realizar uma determinada ação através de métodos numéricos (algoritmos). Esta situação deve ser escrita na forma de um problema matemático caracterizado por um modelo de otimização (composto pela função objetivo, variáveis do problema e as restrições), com a ação a ser executada e a célula de destino que apresentará a melhor opção calculada.
Para esta mesma operação de resposta, foi desenvolvido um método de otimização com o objetivo de minimizar o custo de uma operação de resposta utilizando a quantidade máxima de recursos. Para isso, foi utilizado a ferramenta solver do Microsoft EXCEL 2007.
Anteriormente, uma planilha foi gerada para servir de interface desta ferramenta. Com os mesmos dados fornecidos anteriormente, a função objetivo é a mesma citada no item 3.1.3, as variáveis escolhidas são o tempo de operação, a capacidade de recolhimento e o volume recolhido pelas barreiras absorventes. Além disso, são definidas as restrições abaixo:
ÆA soma do volume recolhido com o volume absorvido deve ser igual ao volume total do derramamento de óleo, representando uma eficiência de 100% de operação.
ÆO custo da destinação dos resíduos não deve ultrapassar 20% do valor dos equipamentos envolvidos na operação.
Depois de incluídas as restrições na ferramenta solver, ela é acionada para a otimização do problema. A solução encontrada é a seguinte:
Tabela 5 - Solução encontrada pela ferramenta solver
Horas Recolhimento (Skimmer) Recolhimento Barreiras
1,25 251,29 86,72 Desenvolvendo os cálculos, encontra-se um valor total da operação de R$96.760,77.
4 – Análise dos Resultados
Pode-se estabelecer uma análise comparativa entre os resultados obtidos pelos dois métodos e correlacionar a uma resposta de emergência mais efetiva e menos dispendiosa.
O método otimizado prevê um tempo de duração menor para o recolhimento completo do óleo derramado, enquanto que o recolhimento dimensionado pela CONAMA 398/08 indica que o recolhimento completo dó óleo será de quase 6 horas.
O volume de óleo absorvido pelas barreiras no dimensionamento estabelecido pela CONAMA 398/08 é maior que o previsto pelo método de otimização, acarretando em um maior custo com destinação final e mais gastos em reposição de material, pois as barreiras absorventes só podem ser usadas apenas uma vez.
O método otimizado prevê um recolhimento efetivo bem superior ao dimensionado pela CONAMA 398/08, fazendo também que o custo com barreiras absorventes diminua e a destinação final dos resíduos seja equilibrada com os custos de recolhimento. O único problema é a dificuldade da disponibilidade dessa capacidade de recolhimento, uma vez que seria necessária uma bomba de altíssima vazão ou então outras unidades de recolhedores.
5 – Conclusão
A partir dos cálculos realizados, pode-se concluir que a otimização de um processo ou projeto contribui significativamente para uma empresa, seja na fase de elaboração ou reduzindo os custos. Neste caso, é sensato minimizar o custo de uma operação que utilize recursos com preços elevados. A otimização deste problema permite uma melhor eficácia de combate e redução de custos operacionais e com destinação de resíduos.
A otimização desta emergência também se faz interessante na utilização da estratégia adequada de combate dependendo das condições de operação, dando-se preferência ao recurso que pode ser melhor aproveitado e não acarrete em custos elevados, pensando sempre na eficiência da operação.
Além disso, a ferramenta de otimização prevê uma operação mais rápida, o que pode ser crucial se o derramamento ocorrer em condições de visibilidade limitadas (noite ou neblina), implicando na exposição a acidentes com a embarcação ou com os trabalhadores.
De fato, é mais interessante minimizar o custo de operação. Pode-se observar neste
caso que a função solver é uma ótima ferramenta de otimização.
Cabe ressaltar que este estudo é apenas de caráter comparativo e analítico sobre uma resposta a derramamento de óleo, uma vez que a estratégia é fundamental para a eficiência da mesma. Esta ferramenta desenvolvida apresenta apenas uma alternativa de otimização de uma operação de resposta, e pesquisas futuras são perfeitamente cabíveis para a contribuição nas emergências envolvendo derramamento de derivados de hidrocarbonetos.
6 - Referências Bibliográficas
BURGOS, D. F. S.; Técnica de otimização multiobjeto aplicada ao projeto preliminar de navios petroleiros, São Paulo, 2008.
CONSELHO NACIONAL DE MEIO AMBIENTE. Resolução nº 398, de 11 de junho de 2008.
CONSELHO NACIONAL DE MEIO AMBIENTE. Resolução nº 269, de 14 de setembro de 2000.
FINGAS, M.; 2001. Basics of Oil Spill Cleanup. 2 ed. United States: Lewis Publishers. ISBN 1-56670-537-1.
COSTA, L. R. T. A.; Modelo estratégico de otimização para a resposta a derramamentos de óleo considerando áreas sensíveis, Rio de Janeiro, 2007.
