Sistema ultrassônico multifrequencial para controle de bioincrustação

A bioincrustação é um problema antigo em embarcações. Cracas, algas e outros organismos aderem ao casco e a componentes submersos, aumentando a necessidade de limpeza e manutenção e, dependendo da intensidade da incrustação, podendo também aumentar a resistência hidrodinâmica da embarcação.

A remoção dessas incrustações exige manutenção periódica. Além do custo de retirar uma embarcação da água, a limpeza do casco precisa considerar aspectos ambientais, pois a bioincrustação é reconhecida como um dos meios de transporte de espécies aquáticas invasoras entre diferentes regiões.

Do sonar naval ao antifouling ultrassônico

A relação entre ultrassom e bioincrustação marítima é conhecida há décadas. Já em 1947 havia estudos da Marinha dos Estados Unidos sobre corrosão e incrustações em equipamentos de sonar.

A literatura técnica posterior também registra a observação, atribuída a testes navais realizados a partir da década de 1950, de que regiões próximas aos transdutores de sonar apresentavam menor formação de incrustações.

A partir dessas observações surgiram pesquisas e diferentes tecnologias utilizando energia ultrassônica para dificultar a formação de biofilme e o assentamento de organismos sobre superfícies submersas.

O desafio do projeto

A ECK participou do desenvolvimento de um sistema eletrônico antifouling para embarcações, no qual um dos principais requisitos era o baixo consumo de energia, permitindo sua operação contínua a partir do próprio sistema elétrico da embarcação.

Outro desafio era a própria natureza da aplicação. O transdutor não trabalha isoladamente. Depois de instalado, ele passa a fazer parte de um conjunto formado pelo transdutor, sua fixação, o casco e a água. A resposta mecânica e acústica desse conjunto depende de diversos fatores e não é conveniente depender de uma única frequência fixa de operação.

A solução multifrequencial

A solução desenvolvida pela ECK utiliza um módulo eletrônico de potência controlado por firmware para acionamento de transdutores ultrassônicos em múltiplas frequências.

Em vez de permanecer continuamente em uma única frequência, o sistema percorre uma tabela de frequências predefinidas. Essa estratégia permite excitar diferentes condições do conjunto transdutor–casco e reduz a dependência de uma única frequência de operação.

Também permite explorar diferentes faixas de frequência utilizadas em aplicações antifouling. Estudos mostram que o efeito sobre a bioincrustação depende do organismo, da frequência, da intensidade acústica e das condições de instalação. Por isso, a utilização de múltiplas frequências é particularmente interessante nessa aplicação.

Eletrônica de potência e controle

Um dos principais desafios de engenharia foi desenvolver uma eletrônica capaz de excitar adequadamente os transdutores ultrassônicos utilizando a alimentação disponível na embarcação.

O projeto envolveu conversão de potência, acionamento por MOSFETs, transformadores elevadores, geração controlada de frequências e firmware embarcado.

A eletrônica converte a energia disponível no sistema elétrico da embarcação nos sinais necessários para excitar os transdutores nas diferentes frequências determinadas pelo firmware. O resultado é uma solução de baixo consumo destinada a transmitir energia ultrassônica ao casco de forma contínua.

Como o ultrassom atua contra a bioincrustação

A energia produzida pelo transdutor é transferida para a estrutura e para a água em contato com o casco.

Dependendo da frequência, intensidade e condições de operação, o ultrassom pode produzir vibrações superficiais e fenômenos acústicos, incluindo cavitação, que interferem na formação do biofilme e no assentamento de organismos incrustantes.

O objetivo não é remover mecanicamente uma camada de cracas já estabelecida, mas dificultar continuamente as condições necessárias para o desenvolvimento da bioincrustação. Isso torna a tecnologia particularmente interessante como sistema preventivo.

Menos incrustação, menos manutenção

Para o proprietário da embarcação, reduzir a formação de cracas e algas significa aumentar o intervalo entre intervenções de limpeza do casco. Isso pode representar menos retiradas da embarcação da água, menor necessidade de raspagem e pintura e redução dos custos associados à manutenção.

Há ainda uma questão ambiental importante. Organismos aderidos aos cascos podem ser transportados por grandes distâncias e introduzidos em ambientes onde não existiam originalmente. O controle da bioincrustação é, portanto, também uma das ferramentas utilizadas para reduzir o transporte de espécies invasoras.

Engenharia aplicada ao problema

O projeto reuniu diferentes competências da ECK em um único desenvolvimento. Mais do que simplesmente gerar ultrassom, o desafio foi desenvolver um equipamento de baixo consumo e capaz de trabalhar com diferentes frequências, adequado às particularidades de uma aplicação antifouling.

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