Uma Perspectiva Brilhante: Lasers Azuis para as Profundezas do Mar

Processamento subaquático com laser de diodo azul – Perfuração/Penetração em chapa de aço de 8 mm © Laserline

Desde cortes e perfurações até remoção de tinta e incrustações marinhas, as tarefas subaquáticas no ambiente marítimo são tão numerosas quanto os grãos de areia na praia. Algumas dessas aplicações são realizadas a profundidades de vários milhares de metros. Um novo sistema a laser baseado em lasers de diodo azul promete agora uma solução sem contato, de baixa manutenção e custo-benefício para uma ampla gama de operações subaquáticas.

Seja na manutenção de plataformas offshore, no descomissionamento de antigas plataformas de petróleo ou na inspeção de estruturas subaquáticas, as exigências por precisão, eficiência e compatibilidade ambiental em operações submarinas continuam a aumentar. Ao mesmo tempo, os métodos convencionais rapidamente atingem seus limites. Métodos comuns de processamento baseados em pressão, como jatos de água de alta pressão usados para remover o crescimento de algas, perdem sua eficácia com o aumento da profundidade devido à alta contrapressão da água. Além disso, muitos desses sistemas exigem manutenção intensiva e são propensos ao desgaste. Ferramentas mecânicas, como serras circulares, por sua vez, geram forças de recuo ao entrar em contato com os componentes, o que desestabiliza veículos subaquáticos operados remotamente (ROVs) e frequentemente os faz derivar.

Consequentemente, a indústria demonstra grande interesse em alternativas sem contato e sem força, com baixo desgaste e baixa manutenção – possibilidades que a tecnologia laser, em particular, pode oferecer. As tentativas iniciais, no entanto, não foram muito bem-sucedidas. Os primeiros esforços para usar lasers infravermelhos (IV) convencionais para cortar estruturas durante o descomissionamento de plataformas de petróleo mostraram-se apenas parcialmente práticos. O principal motivo: a radiação infravermelha (comprimento de onda de 1000 nm) é completamente absorvida pela água em poucos centímetros, resultando em significativa perda de energia. Para aplicações submarinas, o corte a laser IV só pode, portanto, ser realizado usando um bocal de ar ou uma câmara preenchida com ar – um processo complexo e dispendioso que também impede o uso em maiores profundidades.

Lasers azuis como tecnologia chave

Um sistema de laser subaquático recém-desenvolvido pela Laserline, baseado em lasers de diodo azul, promete solucionar esse desafio. Ao contrário da radiação infravermelha, a luz azul emitida por esses lasers, com um comprimento de onda de aproximadamente 445 nanômetros, é praticamente absorvida pela água. Os lasers oferecem, portanto, excelente transmissão, o que significa que (quase) toda a potência do laser fica disponível – mesmo quando é necessário transpor distâncias de até um metro ou mais durante o processamento. Combinada com potências de laser de até 6 quilowatts, essa vantagem física abre inúmeras novas possibilidades para o processamento de materiais sem contato e sem força, diretamente debaixo d'água – sem a necessidade de uma câmara de ar ou outra infraestrutura complexa.

Os sistemas de laser de diodo Laserline também oferecem máxima precisão: por exemplo, o tamanho do ponto do laser pode ser ajustado com precisão micrométrica e a potência pode ser controlada com precisão em milissegundos. Essa capacidade de ajustar rapidamente a potência torna o sistema particularmente adequado para tarefas complexas em grandes profundidades.

Processamento subaquático com laser de diodo azul – Perfuração/Penetração em chapa de aço de 8 mm © Laserline

Eficiente, flexível e econômico.

A combinação de alta eficiência e controle preciso torna o novo sistema a laser altamente atrativo, tanto do ponto de vista tecnológico quanto econômico. O processamento subaquático sem contato reduz significativamente o desgaste de ferramentas e componentes, diminui o consumo de energia e minimiza a liberação de partículas ou substâncias potencialmente nocivas. Em termos de proteção ambiental e conservação de recursos, o processo baseado em laser de diodo supera claramente os métodos mecânicos ou químicos convencionais, que frequentemente causam danos ambientais e degradação de materiais. Isso é especialmente relevante para a remoção de incrustações marinhas, que até então eram frequentemente tratadas com esses métodos, representando riscos tanto para o meio ambiente quanto para os componentes.

O sistema também oferece novas vantagens logísticas. Enquanto os processos convencionais de tratamento térmico em alto-mar frequentemente exigem o uso de grandes navios especializados, com custos diários na faixa de cinco a seis dígitos, o sistema de laser de diodo pode ser operado a partir de navios de abastecimento menores, graças à sua arquitetura mais simples. Isso não só reduz os custos de manutenção e operação e diminui significativamente o tempo de deslocamento, como também aumenta consideravelmente a disponibilidade do sistema e a capacidade de resposta das equipes operacionais. As empresas obtêm uma vantagem operacional notável, especialmente para tarefas de manutenção de curto prazo ou reparos emergenciais.

Desde processos de corte até remoção de algas

A gama de aplicações possíveis é diversa: corte de chapas metálicas e tubos durante o descomissionamento de plataformas petrolíferas, remoção de revestimentos, tinta e incrustações marinhas, inspeção e manutenção de válvulas e estruturas de suporte de carga em oleodutos ou plataformas offshore. Estas últimas, em particular, costumam ficar completamente cobertas por algas após alguns anos de serviço. Nesses casos, um ROV equipado com laser e câmera pode remover o crescimento e restaurar a visibilidade de componentes críticos em um único mergulho – uma vantagem decisiva para empresas de manutenção e integradores subaquáticos. Sistemas robóticos para inspeção de oleodutos também podem ser equipados com um laser de diodo como um útil complemento.

Processamento subaquático – Remoção do crescimento de algas em pedra com laser de diodo azul antes do processamento. © Laserline

Processamento subaquático – Remoção do crescimento de algas em pedra com laser de diodo azul durante o processamento. © Laserline

Processamento subaquático – Remoção do crescimento de algas em pedra com laser de diodo azul após o processamento. © Laserline

Corte linear de chapa metálica fina © Laserline

Tecnologia de Sistemas

Dependendo da aplicação, diferentes abordagens de integração para lasers de diodo foram desenvolvidas. Uma opção é montar o sistema laser em um ROV Workhorse, operado remotamente a partir de uma embarcação de suprimento por meio de um cabo umbilical tradicional. O sistema laser, com potência de saída de até 6 kW, é especialmente encapsulado para protegê-lo permanentemente contra água, pressão e sujeira. As temperaturas da água consistentemente baixas, entre quatro e sete graus Celsius, que prevalecem em águas profundas, tornam o sistema integrado de resfriamento do laser particularmente eficiente.

Dependendo do cenário, os sistemas a laser podem ser personalizados para atender aos requisitos específicos do cliente. Os veículos subaquáticos podem ser equipados com scanners a laser ou ótica fixa, bem como lasers de diodo em diferentes classes de potência, dependendo da aplicação específica. No entanto, o desenvolvimento nesta área está longe de estar completo: espera-se que componentes individuais modulares, por exemplo, possibilitem projetos de sistemas ainda mais compactos – reduzindo, em última análise, também o tamanho dos ROVs. Outras otimizações são previstas: a potência e a eficiência energética do laser continuarão a aumentar, e os sistemas de reconhecimento de imagem têm o potencial de serem combinados com IA no futuro para a identificação automática de incrustações ou pontos de corrosão.

Estudo de caso: Limpeza de cascos de navios com lasers azuis

As excelentes propriedades de transmissão de comprimentos de onda azuis na água também podem ser aproveitadas para combater a bioincrustação em cascos de navios. No projeto de pesquisa “FoulLas”, financiado pela agência de projetos Jülich com recursos do Ministério Federal Alemão de Assuntos Econômicos e Ação Climática (BMWK), os parceiros do projeto, o Instituto Fraunhofer de Tecnologia de Fabricação e Pesquisa de Materiais Aplicados (IFAM), a Laserline GmbH e o Laser Zentrum Hannover eV (LZH), demonstraram pela primeira vez que a irradiação a laser subaquática direcionada pode danificar letalmente incrustações marinhas, como algas, mexilhões e cracas, sem prejudicar os revestimentos protetores subjacentes. Após o tratamento, a incrustação morta se desprende naturalmente durante a próxima viagem da embarcação devido às forças de cisalhamento da água. O método é uma alternativa promissora aos processos mecânicos, que frequentemente causam danos aos revestimentos e liberam organismos vivos.

Um projeto subsequente, denominado “FoulLas2”, está agora transferindo esses resultados de laboratório para a prática: um rastreador subaquático semiautônomo, com aderência magnética e equipado com óptica laser integrada, irá varrer sistematicamente o casco do navio e irradiar a incrustação diretamente.

Conclusão: Estabelecendo novos padrões em tecnologia subaquática

De modo geral, o laser de diodo azul representa um marco tecnológico para a indústria marítima. Ele combina eficiência, precisão e respeito ao meio ambiente em um sistema compacto, abrindo novas possibilidades para o processamento subaquático. Seja para a manutenção de plataformas offshore, a inspeção de dutos ou a remoção de incrustações marinhas, o laser oferece uma solução poderosa e sustentável para inúmeros cenários de aplicação. Para empresas de serviços, manutenção e fornecimento no setor submarino, o sistema abre novos horizontes tecnológicos e pode substituir muitos métodos consolidados de processamento subaquático a médio e longo prazo.

Fator de potência de transmissão da luz laser infravermelha e azul subaquática © Laserline