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Revista Água e Efluentes online

Redução da evaporação em reservatórios por filmes superficiais

Publicado em 02 abril 2015

Por Marcos Gugliotti

É urgente a adoção de medidas para combater os efeitos da grave crise hídrica que afeta diversas regiões do país.

As ações dos governos para evitar o colapso de reservas de água prioritárias incluem campanhas para o uso racional, aumento das taxas, obras com prazos variáveis e até um provável racionamento. Entretanto, apesar de necessárias, tais iniciativas não minimizam as maiores perdas de água em reservatórios, que são aquelas por evaporação.

Fatores geográficos e econômicos levaram as sociedades a usar reservatórios a céu aberto, como lagos, açudes e represas, para acumular água doce para diversos usos. Entretanto, nesses reservatórios as perdas por evaporação são enormes, superando aquelas por desperdício e falhas na distribuição somadas e afetando diretamente o abastecimento da população, a geração de energia, a agricultura e a piscicultura. Na falta de chuvas, tais perdas aceleram muito o esgotamento dessas reservas hídricas, em pouco tempo causando prejuízos para a indústria e degradação ambiental, com graves consequências socioeconômicas.

No Brasil, a região Nordeste é a que mais sofre com altas taxas de evaporação, que podem chegar a 3.000 mm/ano. Por exemplo, um estudo de 2002, coordenado pelo Centro de Gestão e Estudos Estratégicos (CGEE) em parceria com outras agências do governo, teve o objetivo de encontrar soluções para a intensa evaporação nos reservatórios do Nordeste e estimou, naquela época, que a perda por evaporação na barragem de Sobradinho, com área de 4.200 km2, era de 300 mil litros de água por segundo. Considerando um consumo de 120 litros/habitante/dia, essa perda poderia abastecer 216 milhões de pessoas, ou seja, toda a população do Brasil. Em novembro de 2014, foi noticiado que o açude Boqueirão (Epitácio Pessoa, PB), com 27 km2, tem um consumo de 450.000 m3 de água por mês (450 milhões de litros), mas perde nesse período 1.200.000 m3 por evaporação (1,2 bilhão de litros). Na verdade, a intensa evaporação no Nordeste aumenta tanto a salinidade da água dos açudes que impede seu uso antes mesmo desses reservatórios secarem. Mas as perdas por evaporação podem ser significativas até em regiões onde o clima não é semiárido. Em São Paulo, se considerarmos que a evaporação anual na região do sistema Cantareira tenha sido de 900 mm em 2014, então apenas a represa Jaguari-Jacareí, com 50 km2, perdeu 45 bilhões de litros de água por evaporação naquele ano, o que representaria quase metade da segunda cota do volume morto (106 bilhões de litros). Assim, levando em conta o cenário atual e as perspectivas futuras, torna-se clara a necessidade de reduzir as perdas por evaporação em reservatórios.

Redução da evaporação

A redução da evaporação em reservatórios não afeta as chuvas ou a umidade do ar. A água de rios e lagos correspondem a apenas 0,007% da água do planeta, e esse percentual não é suficiente para influenciar o ciclo hidrológico. Além disso, reduzir a evaporação significa reduzir sua taxa, ou seja, a água continuará a evaporar, mas em menor velocidade. O volume de água que permanece por um pouco mais de tempo no reservatório é desprezível em relação ao volume de água já presente na atmosfera, mas é muito valioso para aqueles que dependem do reservatório. Se a redução da evaporação da água de lagos afetasse o clima, então o uso de caixas d’água, cisternas, reservatórios subterrâneos ou mesmo de capas para cobrir piscinas deveria ser proibido no mundo inteiro, o que obviamente não ocorre.

A redução da evaporação atua na manutenção do nível dos reservatórios, que ganham assim sobrevida em épocas de estiagem. Não se trata de um paliativo, e sim de uma prática comum de controle de perdas que deve existir em toda (boa) Gestão dos Recursos Hídricos, e deve ser adotada independentemente da ocorrência de secas. Diversos métodos são usados para reduzir a evaporação de reservatórios, sendo os mais comuns aqueles baseados na cobertura da água com lonas e placas flutuantes ou na instalação de quebra-ventos e dispositivos para sombreamento. Entretanto, tais métodos apresentam diversas limitações, entre elas o custo, e são viáveis apenas para pequenos reservatórios.

Redução da evaporação por filmes superficiais

Outra opção para reduzir a evaporação em reservatórios é por meio do espalhamento de um filme na superfície da água. Nesse caso, diversos mecanismos atuam na redução da evaporação, mas o principal é devido ao efeito de atenuação das ondas provocado pelo filme, o que reduz a área de superfície líquida exposta ao sol e ao vento e diminui assim a evaporação. Normalmente são utilizados surfactantes, cujas moléculas possuem duas partes, uma hidrofóbica e outra hidrofílica (figura 1A). Quando adicionados à água, os surfactantes adsorvem na superfície formando um filme monomolecular, com a espessura de apenas uma molécula (figura 1B).

O uso desses filmes para reduzir a evaporação de água começou a ser estudado há 90 anos, e foi demonstrado que os surfactantes da classe dos álcoois graxos, de origem vegetal, formam filmes monomoleculares insolúveis, de baixa toxicidade, que reduzem em até 50% a evaporação de água sem afetar sua qualidade e as trocas naturais de O2 e CO2 com a atmosfera. Testes de campo, iniciados pelos australianos na década de 1950, chamaram a atenção da Organização das Nações Unidas para a Educação, a Ciência e a Cultura (UNESCO), que incorporou essa tecnologia em seu Programa Zona Árida e financiou estudos em outros países. Mais tarde, o Programa de Meio Ambiente das Nações Unidas (UNEP) considerou essa tecnologia como sendo segura para uso em reservatórios de água para abastecimento uma vez que os álcoois graxos são biodegradáveis e permeáveis ao oxigênio, e pelo fato de não haver histórico de efeitos nocivos ao meio ambiente.

Nos testes de campo, foram usadas soluções dos surfactantes, emulsões ou mesmo produtos sólidos (em pó), que evitam o uso de solventes orgânicos. Para formulações sólidas, os melhores resultados foram obtidos com a dosagem de cerca de 1 kg/ha (1 ha = hectare = 10.000 m2), com intervalo de reaplicação variando de 24 a 72 horas, em média. Os resultados mostraram que o vento é o principal fator que reduz a eficiência do filme, assim como atividades como pesca, natação e navegação (em menor grau). Entretanto, nenhuma dessas atividades precisa ser interrompida quando se usa o filme, ao contrário do que ocorre com lonas ou placas flutuantes. A tabela 1 apresenta exemplos dos primeiros testes de campo.

Os resultados da tabela 1 mostram grande variação no percentual de redução da evaporação, o que se explica em razão das diferentes condições climáticas em cada teste.

Por exemplo, no maior lago testado com essa tecnologia até hoje, o Lago Hefner, com 10 km2, o filme recobriu apenas 10% de sua superfície durante 3 meses no verão, e mesmo sob fortes ventos foi obtida uma redução de 9% na evaporação. Vale ressaltar que nesse teste foram feitas 55 aplicações de álcool graxo, totalizando cerca de 20 toneladas, e não foram observadas alterações no meio ambiente ou na estação local de tratamento de água. Já no teste no reservatório Umberumbeka, quando o vento atingiu 24 km/h a eficiência do filme caiu para zero.

Os exemplos da tabela 1 mostram testes feitos até a década de 1960, quando então a tecnologia passou a ser considerada estratégica por se tratar de uma importante alternativa para a conservação de água doce. Testes subsequentes foram realizados principalmente por órgãos governamentais de países interessados, e essa situação perdurou até o começo da década de 1980, quando surgiram os primeiros produtos comerciais.
Na Índia, desde 1983 um produto formado por ácidos graxos é comercializado para uso na redução da evaporação de água em reservatórios. Um produto australiano, no mercado desde 2006, emprega siloxanos na formulação e apresenta-se na forma líquida, gerando um filme mais espesso. Segundo o fabricante, o produto reduz em até 50% a evaporação quando aplicado na dosagem de 2 litros/ha, com reposição a cada 10 dias. Desde 2000, uma empresa canadense comercializa na Austrália, nos Estados Unidos e em países da Europa um produto no estado sólido formado por álcoois graxos e cal hidratada. O fabricante recomenda aplicação diária de 0,35 kg e informa que a redução na evaporação é de cerca de 30%. Apesar de ser o mais conhecido, esse produto ainda possui pouca aceitação no mercado, provavelmente por incluir em sua fórmula cal hidratada, que é cáustica. Existem ainda variações desses produtos para piscinas, e sabe-se que pelo menos dois outros produtos estão sendo desenvolvidos.

No Brasil

Existiam poucos estudos sobre essa tecnologia no Brasil, a maioria de caráter acadêmico e apresentando apenas testes em tanques, até que em 2004 este autor iniciou o desenvolvimento de um novo produto. O projeto, que recebeu financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) e contou com apoio de laboratórios do Instituto de Química da USP, foi concluído com sucesso em 2007 e resultou em uma nova composição formadora de filmes monomoleculares. Já patenteado, o produto nacional apresenta-se na forma de um pó fino, com granulometria controlada, e emprega uma mistura de álcoois graxos associada a um veículo inerte (calcário agrícola). Dentre as principais vantagens destacam-se o espalhamento mais eficiente sobre a água e a toxicidade ainda menor que aquela dos produtos similares já em uso no exterior.

O produto foi desenvolvido para ser aplicado onde há vida aquática e promove reduções na evaporação entre 20 e 30%.

Foram estudadas cerca de 90 amostras, e a escolha dos componentes considerou critérios de eficiência, impacto ambiental, custo e disponibilidade. Nos testes em laboratório, com duração de 24 horas e realizados em pequenos frascos e bandejas, foi observada boa reprodutibilidade, com reduções da evaporação variando entre 20% e 30% e entre 50% e 60% para diferentes amostras, em diferentes condições. Testes com duração de semanas em tanques ao ar livre indicaram maiores variações na redução da evaporação, de 16% a 44%, o que é esperado devido ao vento e outras condições climáticas. Uma vez definida a melhor composição, amostras foram submetidas a testes ecotoxicológicos em laboratórios certificados (Tecam e Bioagri), cujos resultados confirmaram que o produto é biodegradável e apresenta pouca ou nenhuma toxicidade para peixes e mamíferos, mesmo nas máximas concentrações avaliadas.

Um estudo de impacto ambiental de 48 horas foi realizado na represa Carlos Botelho, em São Carlos, com apoio do Instituto Internacional de Ecologia. O produto foi aplicado em uma área de 1 hectare isolada com boias de contenção (figura 2). Pontos georreferenciados de coleta de amostras de água foram estabelecidos dentro e fora da área isolada, e em cada ponto foi realizado um perfil vertical com uma sonda multiparamétrica que mediu pH, condutividade elétrica, oxigênio dissolvido, temperatura, sólidos totais dissolvidos e potencial redox. Foram coletadas amostras de zooplâncton e fitoplâncton, e todas as análises obedeceram a metodologias internacionais certificadas. Não foram detectadas alterações na qualidade da água, e apenas 0,5 kg do produto foi suficiente para recobrir a área isolada. Porém, para melhores resultados recomenda-se aplicar 1 kg/ha (ou 100 kg/km2), com reposição a cada 48 horas, em média. A reposição do produto pode variar de acordo com as condições climáticas, podendo ocorrer em intervalos maiores.

Um teste de eficiência foi realizado no espelho d’água artificial de 13.000 m2 do Congresso Nacional, em Brasília, com apoio do Ecocâmara e do Departamento Técnico da Câmara dos Deputados. As entradas e saídas de água do reservatório foram fechadas, e a evaporação foi determinada diretamente, com base no abaixamento do nível de água, usando um micrômetro de gancho e um poço tranquilizador. Dados de 3 estações meteorológicas da região e medidas no local do teste indicaram que a variação climática no período ocorreu no sentido de aumentar a evaporação. Em uma semana, foram realizadas 3 aplicações do produto em dias alternados, totalizando 3,9 kg (figura 3). A aplicação foi feita manualmente, as partir das margens e a favor do vento. A evaporação foi reduzida em 21%, gerando economia de 80 mil litros, e análises feitas antes e depois da aplicação não indicaram alterações significativas na qualidade da água.

Nos testes de impacto ambiental e de eficiência, diversas outras observações foram feitas, como o comportamento do filme em função do vento, cuja velocidade foi medida com um anemômetro digital portátil. Todos os resultados ficaram dentro do esperado quando comparados com os testes reportados na literatura, e detalhes do projeto foram apresentados em congressos, obtendo boa aceitação.

Ainda dentro do projeto, amostras do produto foram testadas por terceiros em laboratório e em um açude particular de pequeno porte no Ceará, com reduções da evaporação acima de 40% em ambos os casos.

Informações complementares

Em pequenos lagos, com área de poucos hectares, a aplicação do produto pode ser feita manualmente, conforme ocorreu no teste de eficiência (figura 3A, inserto). Em lagos maiores, de até 10 km2, o produto pode ser aplicado usando um pulverizador agrícola acoplado em barco. Para reservatórios gigantes, recomenda-se pulverização com aeronaves.

Conforme mostra a tabela 1, produtos similares já foram aplicados em reservatórios de até 10 km2, o que abre a possibilidade de se usar essa tecnologia em lagos ainda maiores. De fato, o estudo citado no Technical Report nº 6 de 2008 (Evaporation Reduction by Monolayers: Overview, Modelling and Effectiveness), apresenta uma simulação de custo com o uso do produto canadense, bastante similar ao produto nacional descrito aqui, na barragem Wivenhoe (Austrália). Considerando uma área de 75 km2, aplicação com dispensadores flutuantes nos três meses do verão, computando gastos com aplicação, transporte e armazenamento do produto, e assumindo redução anual de 6% na evaporação, a economia seria de sete bilhões de litros de água ao custo de 21 centavos (em dólares americanos) para cada mil litros não evaporados. Para uma redução de 40% (economia de 23 bilhões de litros), o custo seria de 68 centavos de dólar. Para comparação, sabe-se que o custo para dessalinizar água em Israel é entre 70 e 80 centavos de dólar, e caso essa tecnologia fosse aplicada para abastecer a cidade de São Paulo usando água do litoral o custo total, incluindo o transporte da água, seria de cerca de 1 dólar para cada mil litros. Nota-se, portanto, que o custo com o uso dos filmes superficiais é competitivo até mesmo no caso de um lago gigante, e é esperado um custo ainda menor para lagos com área de poucos quilômetros quadrados, o que já incluiria milhares de açudes e pequenas represas do Brasil.

O autor está em busca de parceiro comercial para inicialização do processo de fabricação e venda do produto.

Marcos Gugliotti
marcosgugliotti@hotmail.com

Referências bibliográficas:
1- “Estudo analisa evaporação nos reservatórios do Nordeste” (disponível emhttp://memoria.ebc.com.br/agenciabrasil/node/593402, acessado em Fev/2015).
2- “Adutora de lagoa do arroz está sendo construída” (disponível em http://coisasdecajazeiras.com.br/?p=15090, acessado em Fev/2015).
3- “Águas doces do Brasil: capital ecológico, uso e conservação”, A. C. Rebouças, B. Braga, J. G. Tundisi (Coordenadores), 2ª edição, 2002.
4- “Evaporation reduction. Physical and chemical principles and review of experiments”, J. Frenkiel, UNESCO, Arid Zone Research XXVII, 1965.
5- “Sourcebook of Alternative Technologies for Freshwater Augumentation in Some Countries in Asia”, item 1.2 “Evaporation Reduction. Water Evaporation Retardants”, United Nations Environment Programme, Division of Technology, Industry and Economics, 1998 (disponível emhttp://www.unep.or.jp/ietc/publications/techpublications/techpub-8e/evapo.asp, acessado em Fev/2015).
6- “Evaporation Reduction by Monolayers: Overview, Modelling and Effectiveness”, Urban Water Security Research Alliance, Technical Report n° 6, Australia, 2008.
7- M. Gugliotti, “Estudo do impacto ambiental e do espalhamento de um filme ultrafino na superfície de uma represa”, Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos e 8° Simpósio de Hidráulica e Recursos Hídricos dos Países de Língua Oficial Portuguesa, 2007.
8- M. Gugliotti, “Redução da evaporação de um espelho d´água de 13.000 m2 por filmes monomoleculares”, I Simpósio de Recursos Hídricos do Sul-Sudeste, 2006.
9- M. Gugliotti, “Desenvolvimento de uma composição formadora de filmes monomoleculares para a redução das perdas de água por evaporação em reservatórios”, XVI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, 2005.
10- M. Gugliotti, “Redução da evaporação de amostras naturais de água por filmes monomoleculares”, 28ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química, 2005.
11- “Para engenheiro israelense, dessalinizar água do mar é opção para amenizar crises hídricas em SP” (disponível aqui, acessado em Fev/2015).

Fonte: Revista TAE