Trata-se de uma solução tecnológica para captação de água fria profunda, troca térmica em estação costeira e entrega de “frio” via circuito hidrônico de água gelada

Resumo

Sistemas OTEC e SWAC exploram o gradiente térmico oceânicopara atender duas necessidades recorrentes em regiões costeiras e ilhas tropicais: (i) frio útil para climatização e (ii) eletricidade para uso geral. O Seawater Air Conditioning (SWAC) utiliza água fria profunda (oceano ou lago) como fonte fria, reduzindo substancialmente a energia elétrica associada ao resfriamento ao substituir (total ou parcialmente) a produção de água gelada por compressão [2–6]. Já o OceanThermal Energy Conversion (OTEC) converte a diferença de temperatura entre águas superficiais e profundas em potência elétrica (ciclos fechado, aberto e híbridos), com potencial de fornecer geração contínua em locais com ΔT adequado [1]. A integração SWAC–OTEC é particularmente atrativa quando o projeto é concebido como infraestrutura compartilhada, na qual captação profunda e estação costeira habilitam um portfólio (frio + eletricidade e eventuais coprodutos em certas arquiteturas) e reduzem o CAPEX incremental do segundo serviço [1,2,6]. Além da discussão geral, destaca-se o interesse crescente em futuros casos em ilhas tropicais, como Fernando de Noronha, onde estudos públicos de alternativas de suprimento [7] e iniciativas em andamento de transição energética [8–11] criam um ambiente propício para que soluções baseadas no oceano venham a ser demonstradas como “cases” de desempenho, confiabilidade e licenciamento.

1. Contexto e motivação

A climatização e o suprimento energético em regiões costeiras e ilhas frequentemente combinam três desafios: (i) alto consumo elétrico associado ao resfriamento; (ii) limitações de espaço, ruído e eficiência para expansão de plantas convencionais em áreas urbanas; e (iii) necessidade de confiabilidade (redundância e resiliência) em sistemas isolados ou com infraestrutura restrita. Nesse cenário, soluções baseadas no uso da energia contida em grandes massas de água surgem como alternativas técnicas com potencial de reduzir carga elétrica, emissões e custo operacional, sobretudo quando integradas a redes de água gelada (districtcooling) e a estratégias de planejamento de longo prazo [2,5,6].

No caso do SWAC (Seawater Air Conditioning), trata-se de uma solução tecnológica para captação de água fria profunda, troca térmica em estação costeira e entrega de “frio” via circuito hidrônico de água gelada, preservando a interface tradicional do lado do consumidor [3,4]. Essa compatibilidade favorece aplicação em redes de água gelada e em arranjos em paralelo com chillers, mitigando risco operacional e facilitando retrofit e comissionamento incremental [4–6]. Há também experiências e análises ambientais amplamente documentadas para resfriamento por água profunda em escala distrital, como o conjunto de documentos públicos do projeto de Honolulu (HSWAC) [12].

Por sua vez, o OTEC (OceanThermal Energy Conversion) baseia-se na conversão de calor em trabalho por meio de ciclos termodinâmicos, graças à disponibilidade de ΔT entre águas superficiais e profundas [1]. Do ponto de vista de maturação tecnológica, projetos demonstrativos e plataformas de teste têm sido reportados publicamente, como a conexão à rede de uma planta OTEC de demonstração no Havaí (105 kW) [13] e iniciativas de demonstração em Okinawa/Kumejima (Fig. 4), com apoio institucional e foco em viabilização tecnológica [14,15].

A integração SWAC–OTEC torna-se especialmente relevante quando a discussão deixa de ser “uma planta” e passa a ser uma infraestrutura oceânica habilitadora: a mesma captação profunda (um dos itens mais críticos em CAPEX, licenciamento e integridade) pode ser dimensionada e operada para suportar múltiplos serviços, reduzindo CAPEX marginal e aumentando o valor sistêmico do investimento [1,2,6].

Como perspectiva de aplicação e demonstração no caso do Brasil, Fernando de Noronha pode vir a se consolidar como caso de estudo relevante, à medida que o arcabouço público de avaliação de alternativas de suprimento [7] e a transição energética em curso (solar + baterias, com metas públicas de descarbonização até 2027) [8–11] criam condições para avaliar, de modo comparativo, o papel de soluções oceânicas não apenas como “substitutas de térmicas”, mas como redutoras estruturais de carga e reforço de resiliência.

2. SWAC em síntese: o que é e o que muda no edifício

SWAC consiste na captação de água fria profunda (oceano ou lago) para resfriar, via trocador de calor intermediário, um circuito fechado de água gelada do lado do consumidor, reduzindo a necessidade de produção de frio por compressão e, portanto, o consumo elétrico associado à climatização [2–6]. Em um arranjo típico, a água do mar é bombeada até uma estação costeira, onde transfere calor em um trocador; a água do mar não circula no interior do edifício, e a distribuição predial permanece baseada em água gelada (interface convencional) [3,4].

O arranjo típico inclui: (i) captação profunda via tubulação submarina; (ii) estação costeira com bombeamento e trocador de calor (separando a água não tratada do circuito de água gelada); (iii) circuito de água gelada no lado do consumidor; e (iv) descarga/retorno controlado ao oceano [3,4] (ver Fig. 1).

Do ponto de vista das aplicações de climatização predial, um ponto importante é que a interface com a carga térmica não muda: continua sendo água gelada. Assim, é tecnicamente natural substituir ou complementar sistemas convencionais de expansão direta, ou operar em paralelo com centrais de água gelada (CAGs). Em arranjos híbridos, um sistema pode suprir o base-load, enquanto o outro atende flutuações e picos de demanda, contingências e manutenção, elevando a aceitabilidade de retrofit e mitigando risco operacional [4–6]. Adicionalmente, pode-se avaliar o uso da água fria do SWAC como fonte fria para melhorar as condições de rejeição de calor de chillers (por exemplo, via resfriamento indireto do circuito de condensação), quando tecnicamente compatível com a arquitetura existente e com os limites de temperatura [3–6].

Portanto, a adoção de SWAC não implica necessariamente uma “substituição total” de sistemas convencionais: a literatura enfatiza a possibilidade de projeto para operação robusta, com integração conservadora e redundância, especialmente em aplicações críticas [3–6].

Aplicações de sistemas SWAC ocorrem há várias décadas, com sucesso, quando as condições requeridas estão reunidas. Uma das instalações mais antigas em uso nos EUA encontra-se na Universidade de Cornell que foi proposta em 1994 e opera desde 2000 e substituiua antiga CAG do campus um investimento total de 58 milhões USD (maior que orequerido para a substituição dos chillers). A economia anual foi de 20 milhões de kWh (equivalente ao consumo de 2.500 casas) e que resultou numa redução de 85% do consumo de energia do campus para climatização.

Outra instalação de destaque encontra-se em Toronto, no Canadá, onde opera desde 2004 sendo a maior DWLC (DeepWater Lake Cooling) do mundo (Fig. 2) que envolveu um investimento de 170 milhões de dólares canadenses. Na mesma é feita a captação e tratamento de água a4°C de -90 m no lago Ontario, suprindo água gelada para mais de 100 edificações por meio de tubulações de 1,6 m de diâmetro x 5,5 km. Uma economia anual de 90 MWh (25khabitantes) em relação a um sistema convencional de climatização é relatado.

3. OTEC para geração de energia limpa

Um sistema OTEC utiliza o diferencial térmico entre água quente superficial e água fria profunda para gerar eletricidade, por meio de ciclos termodinâmicos em diferentes configurações (fechado, aberto e híbrido) [1]. No ciclo fechado, emprega-se um fluido de trabalho de baixo ponto de ebulição (por exemplo, amônia), aquecido pela água superficial e condensado pela água fria profunda, produzindo potência na turbina e fechando o ciclo com bombeamento [1]. A potência líquida é sensível a ΔT, às perdas de bombeamento e aos desempenhos de trocadores e turbomáquinas, o que torna a engenharia da captação profunda e da troca térmica elementos críticos para desempenho e viabilidade [1].

Do ponto de vista energético-ambiental, o interesse em OTEC decorre do fato de que, em condições favoráveis de ΔT, a tecnologia busca entregar eletricidade de baixa emissão e com alta disponibilidade (potencialmente próxima de carga de base), característica particularmente valiosa para sistemas insulares e redes com alta participação de renováveis variáveis [1,13–15]. Nesse enquadramento, OTEC pode contribuir para a descarbonização indireta de aplicações de AVAC: ao reduzir o fator de emissão da eletricidade local (ou ao deslocar geração fóssil de base), reduz-se também a intensidade de carbono associada à climatização, mesmo quando o frio é produzido por chillers convencionais ou por sistemas híbridos [1,7,13–15].

Em termos de maturação, há demonstrações e iniciativas públicas amplamente divulgadas, como marcos de conexão à rede e projetos de demonstração em ambientes tropicais/subtropicais, que ajudam a consolidar referências de engenharia e operação em escala real [13–15]. Ao mesmo tempo, permanece essencial manter avaliação conservadora: desempenho, custo e cronograma são altamente sensíveis ao sítio (batimetria, distância, ΔT sazonal), ao projeto de dutos e trocadores e às condições de implantação e integridade offshore [1].

Sistemas OTEC encontram-se em desenvolvimento atualmente,sendo as principais instalações localizadas em Kona/Hawai (Fig.4a) e em Kumejima/Okinawa (Fig. 4b).

4. Onde o híbrido faz sentido: critérios de decisão

A viabilidade de uma aplicação conjunta SWAC–OTEC (Fig. 5) aumenta quando o empreendimento é concebido como infraestrutura compartilhada. Nesse arranjo, a captação profunda, a estação costeira e os requisitos de integridade e licenciamento funcionam como uma plataforma comum, de modo que o acréscimo do segundo serviço (frio ou eletricidade) tende a exigir menor investimento marginal e a elevar o valor sistêmico do projeto [1,2,6]. Nesse arranjo, o SWAC entrega frio útil com alta eficiência elétrica (por reduzir compressão) e o OTEC pode, em sítios adequados, contribuir com eletricidade limpa e de alta disponibilidade, reforçando a resiliência do suprimento e reduzindo emissões [1,2,6,13–15].

Em termos práticos, quatro condições aumentam a viabilidade do arranjo SWAC–OTEC, favorecendo um projeto dessa natureza:

1. Perfil de carga com base-load elevado e muitas horas/ano (hotéis, hospitais, clusters turísticos, edifícios públicos), porque SWAC depende fortemente de fator de utilização e perfil de demanda [2,5,6].
2. Batimetria favorável e curta distância até profundidade útil, reduzindo extensão do duto, perdas hidráulicas e complexidade de instalação [5,6].
3. Estratégia de infraestrutura habilitadora, na qual a captação profunda é desenhada desde o início para atender múltiplos usos (frio agora; eletricidade depois, ou vice-versa) [1,4–6].
4. Licenciamento e monitoramento robustos, uma vez que captação/descarga exige baseline ambiental, avaliação de pluma e plano de mitigação/monitoramento; em áreas sensíveis isso pode ser o fator limitante dominante [2,5,6,12.
5. Checklist de pré-viabilidade para o projetista

O checklist funciona como um filtro rápido de pré-viabilidade técnico-econômica, destinado a apoiar o projetista na identificação — ainda com dados preliminares — dos fatores que mais condicionam (ou inviabilizam) a adoção de SWAC e/ou sua integração com OTEC. Os itens priorizam parâmetros de sítio (batimetria, distância da costa e ΔT sazonal), aderência ao perfil de demanda (especialmente a carga de base de água gelada), condições de custo de energia e restrições ambientais e de licenciamento, com o objetivo de reduzir incertezas críticas nas fases iniciais de concepção e comparação de alternativas.

1. Geografia e oceano
   1. Profundidade acessível e distância até a costa (batimetria), além do perfil térmico (temperatura vs profundidade) e sazonalidade [5,6];
   2. Restrições de servidão/implantação do duto (faixa marítima, interferências, tráfego e áreas ambientalmente sensíveis) como condicionante inicial do traçado e do licenciamento [5,6,12].
2. Demanda e operação
   1. Perfil de carga de água gelada (base-loadvs pico; horas equivalentes anuais) [2,5].
   2. Filosofia de redundância (SWAC em paralelo com chillers; critérios de comutação, contingência e manutenção) [4–6].

• Energia e economia
  1. Benchmark contra alternativas locais (eficiência, solar + baterias, geração de backup), considerando cenários de OPEX e confiabilidade [7,8–11].
  2. Custos operacionais: bombeamento, manutenção offshore, controle de bioincrustação, inspeções e indisponibilidades [3–6].

1. Ambiental e licenciamento
   1. Estratégia de captação/descarga e plano de monitoramento (temperatura, qualidade da água, indicadores ambientais), incluindo baseline e avaliação de pluma [2,5,6,12].
2. Engenharia de implantação
   1. Construtibilidade e janelas de mar; proteção mecânica do duto; materiais e integridade (corrosão/fadiga) [3–6].
   2. Conclusão

Em um contexto de descarbonização e de crescimento da demanda por resfriamento em regiões costeiras e ilhas, SWAC e OTEC oferecem rotas distintas e potencialmente complementares para reduzir emissões e elevar a resiliência do suprimento: o SWAC atua principalmente pela redução do consumo elétrico da climatização (e, portanto, da carga e do armazenamento requeridos em sistemas com alta participação renovável), enquanto o OTEC busca ampliar a disponibilidade de eletricidade limpa com maior previsibilidade em ambientes tropicais [1,13–15].

Para aplicações híbridas SWAC–OTEC, a lógica de infraestrutura compartilhada é central: quando captação profunda, estação costeira e ativos de integridade/licenciamento são concebidos como plataforma, o custo incremental para adicionar o segundo serviço tende a cair e o valor sistêmico aumenta [1,2,6]. Para a tomada de decisão em projetos desse tipo, uma postura conservadora é recomendável, especialmente ao tratar de estimativas de custo nivelado (da energia e/ou do resfriamento) e de prazos de implantação. A avaliação tende a ser mais robusta quando ancorada em critérios objetivos de pré-viabilidade — batimetria, ΔT, distância da costa, perfil de carga térmica (horas equivalentes), filosofia de redundância e plano de licenciamento e monitoramento ambiental — parâmetros verificáveis ainda nas fases iniciais.

Como caminho para consolidação de evidências e “cases”, projetos em ilhas tropicais podem cumprir papel estratégico. Em particular, Fernando de Noronha deve ser tratado como projeto em amadurecimento, com contexto público de planejamento e alternativas de suprimento [7] e com transição energética em implantação (solar + armazenamento, com metas públicas até 2027) [8–11]. Isso sugere que uma eventual inserção de SWAC–OTEC em Noronha, se bem enquadrada, deverá ser avaliada não apenas na relação “diesel versus renováveis”, mas como solução de eficiência e resiliência que reduz carga estrutural de climatização e, potencialmente, complementa o mix renovável em cenários de expansão de demanda e exigências de continuidade.

João Pimenta é professor doutor na Escola de Engenharia da UNB (Universidade de Brasília) e coordenador do Laboratório de Refrigeração e Ar-Condicionado; é membro do Conselho Editorial da revista Abrava + Climatização & Refrigeração

Referências

[1] IRENA. OceanThermal Energy Conversion: Technology Brief. 2014. Disponível em: https://www.irena.org//media/Files/IRENA/Agency/Publication/2014/Ocean_Thermal_Energy_V4_web.pdf. Acesso em: 8 jan. 2026.

[2] WORLD BANK; ESMAP. Seawater Air-Conditioning (SWAC): Opportunities and Implementation (materiais e publicaçõescorrelatas). 2024. Disponível em: https://www.esmap.org/sites/default/files/2022/Presentations/SWAC-J-Coony-R-JohnsonEvent-Oct-2024.pdf. Acesso em: 8 jan. 2026.

[3] MAKAI OCEAN ENGINEERING. Seawater Air Conditioning: A Basic Understanding (brochure). Disponível em: https://www.makai.com/brochures/Seawater%20Air%20Conditioning%20by%20Makai.pdf. Acesso em: 8 jan. 2026.

[4] MAKAI OCEAN ENGINEERING (via ESMAP). Seawater Air Conditioning (SWAC) – An Introduction (brochure). Disponível em: https://www.esmap.org/sites/esmap.org/files/Makai%20SWAC%20Short%20Brochure%202016_web.pdf. Acesso em: 8 jan. 2026.

[5] WORLD BANK; ESMAP. A pre-feasibility study for deep seawater air conditioning…(CaribbeanSWAC). Disponível em: https://www.esmap.org/sites/esmap.org/files/Caribbean_SWAC_Final_Report_01-10_web.pdf. Acesso em: 8 jan. 2026.

[6] WORLD BANK. Sea Water Air-conditioning (SWAC) for Runaway Bay, Jamaica (report). Disponível em: https://documents1.worldbank.org/curated/en/099052825114535380/pdf/P1591079023658e-2a39-4a3f-9d11-182d5dca9e96.pdf. Acesso em: 8 jan. 2026.

[7] EPE. Identification of Supply Alternatives – Fernando de Noronha (Medium and Long Term Assessment). 2021. Disponível em: https://www.epe.gov.br/sites-en/publicacoes-dadosabertos/publicacoes/PublicacoesArquivos/publicacao-240/NT-EPE-DEE-DEA-DPG-0012021_Identification%20of%20Supply%20Alternatives.pdf. Acesso em: 8 jan. 2026.

[8] NEOENERGIA. Noronha: COP30 / usina e descarbonização em Pernambuco (página institucional). Disponível em: https://www.neoenergia.com/w/noronha-cop30-usina-descarbonizacao-pernambuco. Acesso em: 8 jan. 2026.

[9] WEG. WEG e Neoenergia aceleram descarbonização energética em Fernando de Noronha (PE) (notícia institucional). Disponível em: https://www.weg.net/institutional/BR/pt/news/produtos-e-solucoes/weg-e-neoenergia-aceleram-descarbonizacao-energetica-em-fernando-de-noronha-pe. Acesso em: 8 jan. 2026.

[10] AGÊNCIA BRASIL. Usina solar garantirá descarbonização da energia em Noronha até 2027 (notícia). 2025. Disponível em: https://agenciabrasil.ebc.com.br/meio-ambiente/noticia/2025-11/usina-solar-garantira-descarbonizacao-da-energia-em-noronha-ate-2027. Acesso em: 8 jan. 2026.

[11] NEOENERGIA. Mais por Noronha – Geração renovável (página institucional). Disponível em: https://www.neoenergia.com/mais-por-noronha/geracao-renovavel. Acesso em: 8 jan. 2026.

[12] STATE OF HAWAI‘I (DBEDT), Environmental Review Program. Honolulu Seawater Air Conditioning (documentos ambientais). Disponível em: https://files.hawaii.gov/dbedt/erp/EA_EIS_Library/2007-08-23-OA-EISPN-Honolulu-Seawater-Air-Conditioning.pdf. Acesso em: 8 jan. 2026.

[13] MAKAIOCEANENGINEERING. OTEC (página técnica; inclui marco de conexão à rede – 105 kW). Disponível em: https://www.makai.com/renewable-energy/otec/. Acesso em: 8 jan. 2026.

[14] JICA. OTEC demonstrationproject in Kumejima, Okinawa (nota institucional). Disponível em: https://www.jica.go.jp/english/information/topics/2023/20231117_01.html. Acesso em: 8 jan. 2026.

[15] OTEC OKINAWA. OTEC Demonstration Test Facility (site oficial). Disponível em: https://otecokinawa.com/en/. Acesso em: 8 jan. 2026.

Crédito da foto : Instalação na Deep Water Lake Cooling, em Toronto, Canadá (Divulgação Armstrong)