Simulação matemática das taxas de infiltração dos hidrocarbonetos de petróleo em bacias de contenção de refinarias e terminais

Abstract

A indústria petrolífera é essencial ao setor produtivo, com o petróleo desempenhando um papel central no desenvolvimento de atividades industriais variadas. No entanto, atividades de produção e armazenamento de combustíveis trazem riscos de vazamentos, como evidenciado em acidentes históricos no Brasil e no exterior, que geram impactos ambientais e elevados custos de remediação de solos e águas subterrâneas. Para prevenir a contaminação do lençol freático, a impermeabilização com solo argiloso compactado é amplamente utilizada. A NBR 17505-2:2022 recomenda solos com condutividade hidráulica máxima de 10-6 cm/s, referenciada à água a 20 °C, para impermeabilização de bacias de contenção. Contudo, estudos realizados por Oliveira (2001) e Corseuil et al. (2020) indicam que os solos são mais permeáveis à infiltração de fluidos apolares quando comparados à água. Neste contexto, o presente estudo visa simular a permeabilidade de diversas texturas de solo quando infiltrados por derivados de petróleo, com o objetivo de identificar os principais parâmetros que influenciam a migração de combustíveis e as classificações de solo com as menores capacidades de infiltração. Para tal, foi utilizado o software TLS (Transporte de LNAPL no Solo) para simular a migração de combustíveis na zona não saturada. Foram simuladas as taxas de infiltração de gasolina, diesel, nafta e querosene de aviação nos solos areia, areia-franca, franco, franco-arenoso, franco-argiloso, argilo-arenoso, argilo-siltoso e as argilas caulinita e montmorilonita. Os resultados apontam que a viscosidade dinâmica, condutividade hidráulica e plasticidade são os principais fatores que influenciam a migração dos combustíveis. Observou-se que hidrocarbonetos de petróleo possuem taxas de infiltração entre 1.000% a 836.000% superiores às condutividades hidráulicas dos solos à água, corroborando os estudos anteriores. As menores taxas de infiltração foram obtidas em solos com menor condutividade hidráulica e baixos índices de plasticidades, como em argilas poucos expansivas e solos com frações de argilominerais pouco expansivas. Assim, os resultados sugerem que considerar a condutividade hidráulica à água como único critério de impermeabilização de bacias de contenção pode não ser o mais indicado, visto que não é considerado o comportamento dos hidrocarbonetos de petróleo no solo.

The petroleum industry is essential to the productive sector, with petroleum playing a central role in the development of various industries. However, fuel production and storage activities pose leakage risks, as evidenced by historical accidents in Brazil and abroad, which generate environmental impacts and high costs for soil and groundwater remediation. To prevent groundwater contamination, compacted clay soil is widely used as an impermeable layer. The NBR 17505-2:2022 recommends soils with a maximum hydraulic conductivity of 10-6 cm/s, referenced to water at 20 °C, for the containment basins impermeabilization. Nevertheless, researches by Oliveira (2001) and Corseuil et al. (2020) indicate that soils are more permeable to the infiltration of nonpolar fluids compared to water. In this context, this study aims to simulate the permeability of various soil textures when infiltrated by petroleum derivatives, with the objective of identifying the main parameters influencing fuel migration and the soil classifications with the lowest infiltration capacities. For this purpose, the TLS (Transport of LNAPL in Soil) software was used to simulate the migration of fuels in the unsaturated zone. The infiltration rates of gasoline, diesel, naphtha, and aviation kerosene were simulated in sand, sandy loam, loam, loamy sand, clay loam, sandy clay, silty clay and kaolinite and montmorillonite clays. The results indicate that dynamic viscosity, hydraulic conductivity, and plasticity are the main factor influencing fuel migration. It was observed that petroleum hydrocarbons have infiltration rates 1,000% to 836,000% higher than the soils hydraulic conductivities to water, corroborating previous studies. The lowest infiltration rates were observed in soils with lower hydraulic conductivity and plasticity indices, such as in low-expansive clays and soils with fractions of low-expansive clay minerals. Thus, the results suggest that considering hydraulic conductivity to water as the sole criteria for containment basins impermeabilization may not be the most appropriate approach, as it does not account for the behavior of petroleum hydrocarbons in the soil.