Hidrologia - Evaporação em reservatórios

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UNIVERSIDADE DO VALE DO RIO DOS SINOS - UNISINOS
UNIDADE ACADÊMICA DE GRADUAÇÃO
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
DEISE RAUPP PEDROSO
PATRICIA RAUBER
AÇÕES MITIGADORAS: 
Evaporação em Reservatórios
São Leopoldo
2017
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Deise Raupp Pedroso
Patricia Rauber
		AÇÕES MITIGADORAS:
		Evaporação em Reservatórios
Trabalho apresentado para a disciplina de Hidrologia Aplicada, pelo Curso de Engenharia Civil da Universidade do Vale do Rio dos Sinos – UNISINOS, ministrada pelo professor Emilio Roberto Wild.
São Leopoldo
2017
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 - Produto sulfactante sendo aplicado manualmente dentro de um barco	5
Figura 2.2 - Região mais lisa na superfície da água onde foi espalhado o filme	6
Figura 2.3 – Organização do filme sobre a água	6
Figura 3.1 - Bolas de sombra sendo despejadas no reservatório de Los Angeles	7
Figura 3.2 - Reservatório em Los Angeles utilizando o método da shade bolls	8
Figura 4.1 – Projeto da usina flutuante no Japão	9
Figura 4.2 – Placas fotovoltaicas em Sobradinho	11
SUMÁRIO
1.	INTRODUÇÃO	4
2.	FILMES SUPERFICIAIS	5
3.	SHADE BALLS – BOLAS DE SOMBRA	7
4.	USINAS SOLARES FLUTUANTES	9
5.	CONCLUSÃO	12
6.	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	13
INTRODUÇÃO
Para enfrentar a crise hídrica que assola todo o país, o poder público tem lançado diversas campanhas para o uso racional da água. Junto com as campanhas de conscientização vêm o aumento das taxas, promessas de obras para minimizar o problema e, quando necessário, adoção de racionamento. Entretanto, apesar de necessárias, tais iniciativas não minimizam as maiores perdas de água em reservatórios, que são aquelas provocadas pela 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, sendo superiores à soma das perdas por desperdício e falhas na distribuição. Com a falta de chuvas, essas perdas por evaporação fazem diminuir ainda mais as reservas hídricas, 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. A perda por evaporação na barragem de Sobradinho (BA), por exemplo, que possui área de 4.200 km², pode chegar a 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 no período de um dia. Outro exemplo é 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). Mas as perdas por evaporação podem ser significativas até em regiões onde o clima não é semiárido. Em São Paulo, considerando 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.
FILMES SUPERFICIAIS
Este método foi incialmente desenvolvido na Austrália em meados de 1950 e foi considerada pela UNEP (Programa de Meio Ambiente das Nações Unidas) como um método seguro a ser utilizado em reservatórios do mundo todo. Esse sistema foi implantado em diversos reservatórios do mundo todo como: Stephens (Austrália), Malya (Tanzânia), Lake Hefner (Estados Unidos).
O método consiste em espalhar um filme monomolecular (com a espessura de apenas uma molécula) na superfície da água, reduzindo a área de superfície líquida exposta ao sol e ao vento, evitando a evaporação. Em lagos pequenos o filme pode ser espalhado manualmente, já em lagos com aproximadamente 10km² pode-se usar um pulverizador agrícola acoplado a um barco, e para lagos com extensão maior que 10km² deve-se utilizar pulverizadores em aeronaves.
Figura 2.1 - Produto sulfactante sendo aplicado manualmente dentro de um barco
Fonte: http://www.revistatae.com.br/noticia
Figura 2.2 - Região mais lisa na superfície da água onde foi espalhado o filme
Fonte: http://www.revistatae.com.br/noticia
O material mais utilizado são os surfactantes, pois este apresenta uma molécula com duas fases distintas: hidrofóbica, ou seja, uma substância que repele o contato com água; hidrofílica que tem a função de se dissolver na água. Quando colocados na água, os surfactantes absorvem na superfície, formando assim um filme molecular onde se tem apenas uma molécula de espessura. 
Figura 2.3 – Organização do filme sobre a água
Molécula típica de surfactante (B) Organização das moléculas no filme
Fonte: http://www.revistatae.com.br/noticia
No Brasil ainda existem poucos estudos sobre essa tecnologia, a maioria de caráter acadêmico e apresentando apenas testes em tanques. Em 2004 foi iniciado um estudo sobre um novo produto. O projeto, que foi concluído em 2007, 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. O resultado foi uma nova composição para o filme monomolecular. 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%.
SHADE BALLS – BOLAS DE SOMBRA 
Este método foi aplicado nos três maiores reservatórios de Los Angeles, a maior cidade do estado da Califórnia e foi idealizado por Brian White, um ex-biólogo. Este trabalho consiste em simplesmente colocar “bolinhas” pretas dentro do reservatório que contém aproximadamente cerca de 12,5 bilhões de litros da água. 
Figura 3.1 - Bolas de sombra sendo despejadas no reservatório de Los Angeles
Fonte: https://www.engenhariacivil.com/bolas-plastico-reservatorios-agua-california
O método da Shade Bolls utilizou aproximadamente 96 milhões de bolinhas. Essas bolas de plástico medem cerca de 10 centímetros de diâmetros tiveram um custo de fabricação de 36 centavos de dólar, fazendo com que o investimento tenha ficado próximo aos 35 milhões de dólares (R$120 milhões) para cobrir todos os reservatórios. O material utilizado para a fabricação das esferas foi polietileno preto, pois este tem maior durabilidade (tempo de vida previsto de 10 anos), promove sombra e consegue bloquear a luz solar para que os raios ultravioletas não provoquem reações químicas na água. As esferas foram preenchidas com água, para que não pudessem ser levadas pelo vento. 
Figura 3.2 - Reservatório em Los Angeles utilizando o método da shade bolls
Fonte: http://portugalmundial.com/
A utilização destes materiais faz com que não haja a evaporação da água, protegem os reservatórios de possíveis contaminações pela poeira trazida pelo vento e evitam a proliferação de algas, pois o material preto utilizado bloqueia a entrada de luz, que é a principal fonte de energia para a proliferação da mesma.
O método dura cerca de aproximadamente dez anos, que é a vida útil das esferas. Após esse período elas devem ser substituídas por novas, sendo assim podemos reutilizar em outro projeto as bolinhas que foram retiradas da água.
O estudo feito estima que possa ser economizado cerca de 1,1 bilhões de água ao ano, ou seja, cerca de 85 a 90% de redução nos níveis de evaporaçãodo reservatório. As esferas tiveram seu processo de fabricação aprovada pela NSF (Fundação Nacional Sanitária).
Com o processo utilizado das Shade Bools foi economizado cerca de US$ 250 milhões em relação a outros projetos que foram estudados para diminuir a evaporação dos reservatórios da Califórnia.
USINAS SOLARES FLUTUANTES
Sistemas fotovoltaicos flutuantes podem ser uma ótima resposta à solução de dois problemas que assolam o mundo moderno: a escassez de água e a geração de energia não poluente . Ao mesmo tempo em que eles produzem energia limpa, previnem a evaporação de grandes reservatórios. 
O Japão foi o pioneiro na utilização de sistemas flutuantes. Começando modestamente, apenas com painéis suficientes para atender à necessidade energética de aproximadamente 920 casas, em dois reservatórios na província de Hyogo. Agora, esse sistema está sendo expandido. Em uma província chinesa está sendo prevista para 2018 a inauguração de uma usina que será capaz de atender quase 5.000 casas. No clima levemente moderado do Japão, evitar a evaporação pode não ser tão necessário quanto em outros lugares mais áridos. Mas explorar a energia solar sem a necessidade de grandes extensões terrestres tem seus méritos em um país pequeno e densamente populoso que está à procura de fontes alternativas de energia.
Figura 4.1 – Projeto da usina flutuante no Japão
Fonte: http://casavogue.globo.com/Arquitetura/noticia
Dois dos maiores reservatórios do rio Colorado estão em recesso, os lagos Mead e Powell. Mesmo com o uso indiscriminado da água e longos períodos de estiagem, a grande maioria da água é perdida pela evaporação. E se o mesmo sol escaldante que causa essa perda de água fosse utilizado para gerar energia elétrica? A instalação dos sistemas fotovoltaicos flutuantes (Floatvoltaics, como são conhecidos nos EUA) em partes desses reservatórios do sudoeste americano poderia produzir energia limpa renovável ao mesmo tempo proteger vastas extensões de água do sol quente do deserto, evitando grandes perdas com a evaporação.
Os benefícios energéticos e ambientais desses sistemas têm garantido a esse tipo de tecnologia um espaço no mercado de energia limpa. Alguns projetos deste tipo de sistema vêm sendo construídos em várias partes do mundo (Austrália, Brasil, China, Inglaterra, Índia, Japão, Coréia do Sul e Califórnia). E em nenhum lugar eles podem se provar mais eficazes que nos lagos Mead e Powell, os dois maiores reservatórios construídos dos EUA.
A Agência de preservação dos Estados Unidos estima que 1 bilhão de metros cúbicos de água, quase 6% da corrente do rio Colorado, é evaporada da superfície do lago Mead pelo sol forte, durante o ano. As perdas do lago Powell estão entre 1,06 bilhão de metro cúbico, por evaporação e infiltração no lençol. Como os sistemas flutuantes podem reduzir a evaporação em climas secos em até 90%, cobrir partes desses dois corpos d’agua com painéis solares pode resultar em significantes economias de água.
Um ponto crucial na venda dos sistemas flutuantes é a potência extra que eles podem entregar em comparação aos sistemas terrestres em climas semelhantes. Ao flutuarem logo acima das águas sombreadas dos reservatórios, os painéis fotovoltaicos podem operar a temperaturas mais frias que as placas no terreno desértico – um fator crucial na melhora da produção dos semicondutores, incluindo as células fotovoltaicas.
Conforme nos confrontamos com os crescentes impactos do aquecimento global, manter um equilíbrio viável entre a demanda e o suprimento de água em climas mais quentes será um desafio especial. No Sudoeste ensolarado, reduzir as perdas de água pela evaporação deve ser parte de uma ampla estratégia de conservação. Fazendas solares flutuantes tem um papel a desempenhar, reduzindo o desperdício de água ao mesmo tempo em que produzem energia limpa.
No Brasil já existem alguns projetos desse tipo sendo implantados. Um deles está no reservatório de Sobradinho, situado no norte da Bahia. O sistema fotovoltaico flutuante, inaugurado em 2016, tem capacidade de gerar 5 megawatts, mas poderá expandir em até 300MW. O investimento na iniciativa foi de R$ 114 milhões, bancados pelas estatais Companhia Hidro Elétrica do São Francisco (Chesf) e a Eletronorte. No mundo, é a primeira vez que se colocam essas placas no lago de uma hidrelétrica. Há a expectativa de que a evaporação do lago diminua com a instalação das placas fotovoltaicas flutuantes. O reservatório ficou com 1,8% do seu volume útil em dezembro de 2015.
Figura 4.2 – Placas fotovoltaicas em Sobradinho
Fonte: http://blogs.diariodonordeste.com.br/
CONCLUSÃO
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 evaporando, porém em menor velocidade. O volume de água que permanece por um pouco mais de tempo nos reservatórios é desprezível em relação ao volume de água já presente na atmosfera, mas é muito valioso para aqueles que dependem do reservatório. 
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 Gestão dos Recursos Hídricos, e deve ser adotada independentemente da ocorrência de secas. 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CASA VOGUE – Notícia. Disponível em: <http://casavogue.globo.com/Arquitetura/noticia/2016/02/japao-comeca-construir-maior-usina-flutuante-de-energia-solar-do-mundo.html > Acesso em: 02 Jun. 2017.
DIÁRIO DE PERNAMBUCO – Economia. Disponível em: <http://www.impresso.diariodepernambuco.com.br/app/noticia/cadernos/economia/2016/02/05/interna_economia,136877/sobradinho-vai-gerar-energia-solar.shtml> Acesso em: 28 Mai. 2017.
DIÁRIO DO NORDESTE. Energia. Disponível em: <http://blogs.diariodonordeste.com.br/egidio/energia/chesf-deve-usar-menos-agua-para-produzir-energia/> Acesso em: 28 Mai. 2017.
ENGENHERIACIVIL.COM – Notícias. Disponível em: <https://www.engenhariacivil.com/bolas-plastico-reservatorios-agua-california> Acesso em: 02 Jun. 2017.
PORTUGAL MUNDIAL – Sustentabilidade. Disponível em: <http://portugalmundial.com/2015/08/bolas-de-plastico-para-combater-a-seca-severa-na-california/#> Acesso em: 02 Jun. 2017.
REVISTA TAE – Águas e efluentes. Disponível em: <http://www.revistatae.com.br/noticiaInt.asp?id=8894> Acesso em: 02 Jun. 2017.