Ligas de cobre na aquicultura - Copper alloys in aquaculture
As ligas de cobre são importantes materiais de rede na aquicultura (a criação de organismos aquáticos, incluindo a piscicultura ). Vários outros materiais, incluindo náilon , poliéster , polipropileno , polietileno , arame soldado revestido de plástico , borracha , produtos de fio patenteados (Spectra, Dyneema) e aço galvanizado também são usados para redes em recintos de aquicultura em todo o mundo. Todos esses materiais são selecionados por uma variedade de razões, incluindo viabilidade de projeto, resistência do material , custo e resistência à corrosão .
O que diferencia as ligas de cobre dos outros materiais usados na piscicultura é que as ligas de cobre são antimicrobianas , ou seja, destroem bactérias , vírus , fungos , algas e outros micróbios . (Para obter informações sobre as propriedades antimicrobianas do cobre e suas ligas, consulte Propriedades antimicrobianas do cobre e Superfícies de toque da liga de cobre antimicrobiana ).
No ambiente marinho , as propriedades antimicrobianas / algicidas das ligas de cobre evitam a bioincrustação , que pode ser brevemente descrita como o acúmulo, adesão e crescimento indesejáveis de microrganismos , plantas , algas , vermes tubulares , cracas , moluscos e outros organismos em man- feitas estruturas marinhas. Ao inibir o crescimento microbiano, os currais de aquicultura de liga de cobre evitam a necessidade de mudanças líquidas caras que são necessárias com outros materiais. A resistência ao crescimento de organismos em redes de liga de cobre também fornece um ambiente mais limpo e saudável para os peixes de viveiro crescerem e se desenvolverem.
Além de seus benefícios anti-incrustantes, as ligas de cobre têm fortes propriedades estruturais e resistentes à corrosão em ambientes marinhos.
É a combinação de todas essas propriedades - anti-incrustante, alta resistência e resistência à corrosão - que tornou as ligas de cobre um material desejável para aplicações marítimas, como tubulação de condensador, telas de entrada de água, cascos de navios , estrutura offshore e revestimento. Nos últimos 25 anos ou mais, os benefícios das ligas de cobre chamaram a atenção da indústria de aqüicultura marinha. A indústria agora está implantando ativamente redes de liga de cobre e materiais estruturais em operações comerciais de piscicultura em grande escala em todo o mundo.
Importância da aquicultura
Muito tem sido escrito sobre a degradação e o esgotamento dos estoques naturais de peixes em rios , estuários e oceanos (veja também Sobrepesca ). Como a pesca industrial se tornou extremamente eficiente, os estoques oceânicos de peixes grandes, como atum , bacalhau e linguado caíram 90% nos últimos 50 anos.
A aquicultura , uma indústria que surgiu apenas nas últimas décadas, tornou-se um dos setores de crescimento mais rápido da economia alimentar mundial. A aquicultura já abastece mais da metade da demanda mundial por peixes. Prevê-se que essa porcentagem aumente dramaticamente nas próximas décadas.
O problema da incrustação biológica
A biocontaminação é um dos maiores problemas da aquicultura. A bioincrustação ocorre em materiais que não sejam de cobre no ambiente marinho, incluindo superfícies de viveiros de peixes e redes . Por exemplo, notou-se que a área aberta de uma malha imersa por apenas sete dias em uma operação de aquicultura da Tasmânia diminuiu 37% como resultado da bioincrustação.
O processo de bioincrustação começa quando esporos de algas , larvas de invertebrados marinhos e outro material orgânico aderem a superfícies submersas em ambientes marinhos (por exemplo, redes de peixes na aquicultura). As bactérias então estimulam a fixação de colonizadores secundários indesejados.
A biocontaminação tem fortes impactos negativos nas operações de aquicultura. O fluxo de água e o oxigênio dissolvido são inibidos devido ao entupimento das redes nos currais dos peixes. O resultado costuma ser peixes infectados, como doença hepática de netpen, doença amebiana das guelras e parasitas. Outros impactos negativos incluem o aumento da mortalidade dos peixes, diminuição das taxas de crescimento dos peixes, captura prematura dos peixes, redução dos valores e da lucratividade dos produtos pesqueiros e um ambiente adversamente impactado próximo às fazendas de peixes.
A bioincrustação adiciona um peso enorme às redes para peixes submersos. Foram relatados aumentos de duzentas vezes no peso. Isso se traduz, por exemplo, em duas mil libras de organismos indesejados aderidos ao que antes era uma rede limpa de viveiro de peixes de 4,5 kg. Na Austrália do Sul , bioincrustação pesando 6,5 toneladas (aproximadamente 13.000 libras) foi observada em uma rede de peixaria. Essa carga extra geralmente resulta em quebra de rede e custos de manutenção adicionais.
Para combater os parasitas da bioincrustação na aquicultura de peixes, protocolos de tratamento como cipermetrina , azametifos e benzoato de emamectina podem ser administrados, mas foram encontrados efeitos ambientais prejudiciais, por exemplo, em operações de lagosta .
Para tratar doenças em peixes criados em redes com incrustação biológica, os estoques de peixes são administrados com antibióticos . Os antibióticos podem ter efeitos indesejáveis a longo prazo na saúde dos consumidores e nos ambientes costeiros próximos às operações de aquicultura. Para combater a incrustação biológica, os operadores geralmente implementam medidas de manutenção dispendiosas, como troca frequente de redes, limpeza / remoção de organismos indesejados das redes, reparos de redes e tratamento químico, incluindo revestimentos antimicrobianos em redes de náilon. O custo do antivegetativo de uma única rede de salmão pode ser de vários milhares de libras esterlinas . Em alguns setores da indústria da aquicultura europeia, a limpeza de currais de peixes e crustáceos com incrustação biológica pode custar de 5 a 20% do seu valor de mercado. A incrustação pesada pode reduzir o produto vendável em redes em 60–90%.
Os revestimentos anti-incrustantes são freqüentemente usados em redes de náilon porque o processo é mais econômico do que a limpeza manual. Quando as redes de náilon são revestidas com compostos anti-incrustantes, os revestimentos repelem a bioincrustação por um período de tempo, geralmente entre várias semanas a vários meses. No entanto, as redes eventualmente sucumbem à incrustação biológica. Os revestimentos anti-incrustantes contendo algicida / biocida de óxido cuproso são a tecnologia de revestimentos usada quase exclusivamente na indústria de piscicultura hoje. Os tratamentos geralmente desaparecem em algumas semanas a seis a oito meses.
As redes biocontaminadas são substituídas após vários meses de serviço, dependendo das condições ambientais, em uma operação complicada, cara e trabalhosa que envolve mergulhadores e pessoal especializado. Durante esse processo, os peixes vivos nas redes devem ser transferidos para baias limpas, o que causa estresse e asfixia indevidos, resultando em alguma perda de peixes. Redes biofouled que podem ser reutilizadas são lavadas em terra por meio de escovagem e esfrega manuais ou mangueira de água de alta pressão. Eles são então secos e reimpregnados com revestimentos anti-incrustantes.
Uma linha de limpadores de rede está disponível para lavagens no local, quando permitido. Mas, mesmo onde não seja permitido pelas autoridades ambientais, pesqueiras, marítimas e sanitárias, se a falta de oxigênio dissolvido em baias submersas criar uma condição de emergência que coloque em risco a saúde dos peixes, os mergulhadores podem ser implantados com máquinas especiais de limpeza in situ para esfregar bioincrustação redes.
A indústria da aquicultura está lidando com os impactos ambientais negativos de suas operações (consulte as questões da aquicultura ). À medida que a indústria evolui, espera-se que surja uma indústria de aquicultura mais limpa e sustentável , que pode depender cada vez mais de materiais com propriedades antiincrustantes, anticorrosivas e fortes estruturais, como ligas de cobre.
Propriedades antivegetativas de ligas de cobre
Na indústria da aquicultura, a criação de animais saudáveis se traduz em manter os peixes limpos, bem alimentados, saudáveis e não superlotados. Uma solução para manter os peixes de viveiro saudáveis é contê-los em redes e estruturas antivegetativas de liga de cobre.
Os pesquisadores atribuíram a resistência do cobre à bioincrustação, mesmo em águas temperadas, a dois mecanismos possíveis: 1) uma sequência retardadora de colonização por meio da liberação de íons de cobre antimicrobianos, evitando assim a fixação de camadas microbianas às superfícies marinhas; e, 2) separar camadas que contêm produtos corrosivos e os esporos de juvenis ou organismos macro-incrustantes.
O requisito mais importante para a resistência ideal à bioincrustação é que as ligas de cobre devem ser expostas livremente ou isoladas eletricamente de ligas menos nobres e da proteção catódica . O acoplamento galvânico a ligas menos nobres e a proteção catódica evitam a liberação de íons de cobre dos filmes de superfície e, portanto, reduzem a resistência à bioincrustação.
À medida que as temperaturas aumentam e as velocidades da água diminuem nas águas marinhas, as taxas de incrustação biológica aumentam dramaticamente. No entanto, a resistência do cobre à bioincrustação é observada mesmo em águas temperadas. Estudos na Baía de La Herradura, Coquimbo , Chile , onde as condições de bioincrustação são extremas, demonstraram que uma liga de cobre (90% cobre, 10% níquel) evitou organismos macro-incrustantes.
Comportamento de corrosão de ligas de cobre
As ligas de cobre usadas no serviço de água do mar têm baixas taxas gerais de corrosão , mas também têm uma alta resistência a muitas formas localizadas de corrosão. Uma discussão técnica sobre vários tipos de corrosão, considerações de aplicação (por exemplo, profundidade das instalações, efeito de águas poluídas, condições do mar) e as características de corrosão de várias ligas de cobre usadas em redes de aquicultura estão disponíveis (ou seja, cobre-níquel, cobre- zinco e cobre-silício).
Os primeiros exemplos de revestimento de cobre
Antes do final dos anos 1700, os cascos eram feitos quase inteiramente de madeira, muitas vezes de carvalho branco. O tabuado sacrificial era o modo comum de proteção do casco. Essa técnica incluía envolver uma camada protetora de madeira de 1/2 polegada de espessura, geralmente de pinho, no casco para diminuir o risco de danos. Esta camada foi substituída regularmente quando infestada com brocas marinhas. O revestimento de cobre para cascos de navios bio-resistentes foi desenvolvido no final do século XVIII. Em 1761, o casco da fragata HMS Alarm da Marinha Real Britânica foi totalmente revestido de cobre para evitar o ataque de vermes Teredo em águas tropicais. O cobre reduziu a bioincrustação do casco, o que permitiu que os navios se movessem mais rápido do que aqueles que não tinham cascos revestidos de cobre.
Desempenho ambiental da malha de liga de cobre
Muitos fatores complicados influenciam o desempenho ambiental das ligas de cobre nas operações de aquicultura. Uma descrição técnica dos mecanismos de antibiofouling, saúde e bem-estar dos peixes, perdas de peixes devido a fugas e ataques de predadores e impactos ambientais reduzidos do ciclo de vida é resumida nesta referência.
Tipos de ligas de cobre
As ligas de latão cobre-zinco estão atualmente (2011) sendo implantadas em operações de aquicultura em escala comercial na Ásia, América do Sul e EUA (Havaí). Uma extensa pesquisa, incluindo demonstrações e testes, está atualmente sendo implementada em duas outras ligas de cobre: cobre-níquel e cobre-silício. Cada um desses tipos de liga tem uma capacidade inerente de reduzir incrustação biológica, desperdício de caneta, doenças e a necessidade de antibióticos, ao mesmo tempo que mantém a circulação de água e os requisitos de oxigênio. Outros tipos de ligas de cobre também estão sendo considerados para pesquisa e desenvolvimento em operações de aquicultura.
A University of New Hampshire está conduzindo experimentos sob os auspícios da International Copper Association (ICA) para avaliar a resposta estrutural, hidrodinâmica e anti-incrustação de redes de liga de cobre. Fatores a serem determinados a partir desses experimentos, como arrasto, cargas dinâmicas da caneta, perda de material e crescimento biológico - bem documentados para redes de náilon, mas não totalmente compreendidos para redes de liga de cobre-níquel - ajudarão a projetar cercados de peixes feitos dessas ligas . O Instituto de Pesquisa Pesqueira do Mar da China Oriental, em Xangai, China, também está conduzindo investigações experimentais em ligas de cobre para a ICA.
Ligas de cobre-zinco
A Mitsubishi-Shindoh Co., Ltd. desenvolveu uma liga de latão cobre-zinco patenteada, chamada UR30, projetada especificamente para operações de aquicultura. A liga, que é composta por 64% de cobre, 35,1% de zinco, 0,6% de estanho e 0,3% de níquel, resiste à abrasão mecânica quando formada em fios e fabricada em elo de corrente, tecido ou outros tipos de malha flexível. As taxas de corrosão dependem da profundidade da submersão e das condições da água do mar. A taxa média de corrosão relatada para a liga é <5 μm / ano com base em testes de exposição de dois e cinco anos em água do mar.
O Industry Company Ashimori, Ltd., foi instalado aproximadamente 300 canetas flexíveis com cadeia tecido malhas ligação UR30 no Japão para elevar Seriola (isto é, perca japonesa , Charuteiros , kingfish , hamachi ). A empresa instalou outras 32 canetas de latão para criar salmão do Atlântico nas operações de aquicultura Van Diemen na Tasmânia , Austrália. No Chile , a EcoSea Farming SA instalou um total de 62 currais de malha de latão com elos de corrente para criar trutas e salmão do Atlântico. No Panamá, China, Coréia, Turquia e Estados Unidos, demonstrações e testes estão em andamento usando canetas flexíveis com elo de corrente tecido UR30 e outras formas de malha e uma variedade de ligas de cobre.
Até o momento, em mais de 10 anos de experiência em aquicultura, a malha de elos de corrente fabricada por essas ligas de latão não sofreu deszincificação , rachadura por corrosão sob tensão ou corrosão por erosão .
Ligas de cobre-níquel
As ligas de cobre-níquel foram desenvolvidas especificamente para aplicações em água do mar há mais de cinco décadas. Hoje, essas ligas estão sendo investigadas quanto ao seu uso potencial na aquicultura.
Ligas de cobre-níquel para aplicações marítimas são geralmente 90% cobre, 10% níquel e pequenas quantidades de manganês e ferro para aumentar a resistência à corrosão. A resistência à corrosão da água do mar das ligas de cobre-níquel resulta em uma película superficial protetora fina e aderente que se forma natural e rapidamente no metal após a exposição à água do mar limpa.
A taxa de formação de proteção contra corrosão depende da temperatura. Por exemplo, a 27 ° C (ou seja, uma temperatura de entrada comum no Oriente Médio), pode-se esperar uma rápida formação de filme e boa proteção contra corrosão em poucas horas. A 16 ° C, pode levar de 2 a 3 meses para a proteção amadurecer. Mas, uma vez que se forma um bom filme de superfície, as taxas de corrosão diminuem, normalmente para 0,02–0,002 mm / ano, à medida que as camadas protetoras se desenvolvem ao longo dos anos. Essas ligas têm boa resistência a corrosão por pite de cloreto e fenda e não são suscetíveis à corrosão por estresse de cloreto.
Cobre-ligas de silício
Cobre-silício tem uma longa história de uso como parafusos , porcas , parafusos , arruelas , pinos , parafusos de atraso e grampos em embarcações à vela de madeira em ambientes marinhos. As ligas são geralmente compostas de cobre, silício e manganês. A inclusão de silício fortalece o metal.
Tal como acontece com as ligas de cobre-níquel, a resistência à corrosão do cobre-silício se deve às películas protetoras que se formam na superfície com o passar do tempo. Taxas gerais de corrosão de 0,025–0,050 mm foram observadas em águas calmas. Essa taxa diminui em direção ao limite inferior da faixa em exposições de longo prazo (por exemplo, 400–600 dias). Geralmente não há corrosão nos bronzes de silício. Também há boa resistência à corrosão por erosão até taxas de fluxo moderadas. Como o cobre-silício é soldável, canetas rígidas podem ser construídas com esse material. Além disso, como a malha soldada de cobre-silício é mais leve do que o elo da cadeia de cobre-zinco, os gabinetes de aquicultura feitos com cobre-silício podem ser mais leves e, portanto, uma alternativa potencialmente menos cara.
Luvata Appleton, LLC, está pesquisando e desenvolvendo uma linha de malhas soldadas e tecidas em liga de cobre, incluindo uma liga de cobre e silício com patente pendente, que é comercializada sob o nome comercial Seawire. Malhas de liga de cobre-silício foram desenvolvidas pela empresa para levantar vários organismos marinhos em testes que estão agora em vários estágios de avaliação. Isso inclui a criação de cobia no Panamá, lagostas no estado americano do Maine e caranguejos na Baía de Chesapeake. A empresa está trabalhando com várias universidades para estudar seu material, incluindo a University of Arizona para estudar camarão , a University of New Hampshire para estudar o bacalhau e a Oregon State University para estudar ostras .
Veja também
- Superfícies de toque de liga de cobre antimicrobiana
- Propriedades antimicrobianas do cobre
- Propriedades antimicrobianas do latão
Referências
Outras referências
- Guia de Projeto: Malha de Liga de Cobre em Aquicultura Marinha, 1984, International Copper Research Association (INCRA) 704/5.
- Metal Corrosion in Boats, Nigel Warren e Adlard Coles, Nautical, 1998.
- Galvanic Corrosion: A Practical Guide for Engineers, R. Francis, 2001, NACE Press.
- Marine Corrosion Causes and Prevention, F. LaQue, John Wiley and Sons, 1975.
- A Seleção de Materiais para Sistemas de Resfriamento com Água do Mar: Um Guia Prático para Engenheiros, R. Francis, 2006, NACE Press.
- Diretrizes para o uso de ligas de cobre na água do mar, A. Tuthill. 1987. Publicação do CDA / Nickel Institute.
- The Brasses: Properties and Applications, CDA UK Publication 117.
- Copper in the Ocean Environment, Neal Blossom, American Chemet Corporation.
- Projeto ICA 438: Uso experimental de malha de liga de cobre e níquel na aquicultura, Mario E. Edding, Hector Flores, Claudio Miranda, Universidad Catholica del Norte , julho de 1995
links externos
- MS Parvizi, A. Aladjem e JE Castle, "Behavior of 90-10 Cupronickel in Sea Water," International Material Reviews 1988, Vol. 33, No. 4., ISSN 0950-6608; Disponível em http://www.ingentaconnect.com/content/maney/imr/1988/00000033/00000001/art00008
- Efird e Anderson, "Sea Water Corrosion of 90-10 and 70-30 Cu-Ni C 14 Year Exposures," Materials Performance, novembro de 1975, ISSN 0094-1492; Resumo disponível em http://tris.trb.org/view.aspx?id=35723 . Artigo completo disponível por assinatura da National Association of Corrosion Engineers International em http://web.nace.org/Login.aspx?ReturnUrl=%2fdepartments%2fpublications%2fmpvolumes.aspx )
- Informações sobre ligas Cu-Ni
- Corrosão na aquicultura
- Kampachi Farms Aquapod; usa malha de latão e é de flutuação livre (conectada com fio)