UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA

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1 Qualidade, dispersão e controle de poluentes na atmosfera Prof. Dr. André Henrique Rosa

2 Meteorologia e Dispersão de Poluentes na Atmosfera A Meteorologia pode ser entendida como a ciência que estuda os fenômenos atmosféricos que se manifestam e ocorrem na natureza. condições meteorológicas estabelecem uma relação entre a fonte de poluição e o receptor, tendo como referência o transporte e a dispersão dos poluentes. Dispersão dos poluentes depende: condições meteorológicas; parâmetros e condições da emissão na fonte, como velocidade e temperatura dos gases, vazão etc.

3 Perfil térmico da atmosfera tem relação direta com a capacidade de dispersão de poluentes por mistura vertical. Gradiente adiabático de temperatura: decréscimo da temperatura com a altitude, em um valor correspondente a aproximadamente 1 o C para cada 100 m de acréscimo de altitude.

4 Caso extremo: temperatura aumenta com a altitude Temperatura diminui mais rápido que a adiabática Temperatura decresce mais lentamente que a adiabática O gradiente de temperatura adiabático serve como fronteira entre o ar estável (sem mistura) e o ar instável (com mistura).

5 Processos de Dispersão Os poluentes lançados continuamente por uma fonte irão se dispersar, resultando na formação de uma pluma. Estudar o comportamento da pluma significa estudar como o meio transporta e dispersa os poluentes. A forma da pluma de poluentes emitidos pode ser classificada de acordo com o perfil de temperatura da atmosfera. - Ilustração das possibilidades de desenvolvimento de pluma em função do gradiente térmico da atmosfera, desprezando os seguintes efeitos: diferença de densidade entre os poluentes e o ar, velocidade de saída dos poluentes e sedimentação dos poluentes:

6 Looping - Ocorre em que o perfil térmico é superadiabático (Temperatura diminui mais rápido que a adiabática); - Acontece durante dias de céu claro com poucas nuvens e muita insolação; - A turbulência de origem térmica provoca grandes turbilhões que dispersam rapidamente a nuvem de poluição.

7 Coning - Ocorre em que o perfil térmico é subadiabático (Temperatura aumenta mais rápido que a adiabática); - Forma cônica; - Dispersão menor do que da pluma em looping; - Ocorre em dias nublados e com ventos moderados.

8 Fanning - Ocorre quando toda a massa de poluentes está contida em uma camada onde ocorre aumento da temperatura com a altitude; - A mistura vertical quase inexiste em decorrência da estabilidade do ar; - A mistura horizontal é também muito baixa por causa da falta de ventos.

9 Fumigation - Ocorre quando o lançamento de efluentes é feito abaixo da camada de inversão; - A medida que o sol aquece a superfície do solo, a inversão desaparece, favorecendo a dispersão Ar quente Ar frio

10 Lofting - Ocorre quando o lançamento de efluentes é feito acima da camada de inversão térmica por subsidência (deve-se ao fenômeno de correntes de ar descendentes, formado pela diferença de pressão existente entre grandes massas de ar que se deslocam na atmosfera. À medida que o ar desce para altitudes mais baixas e de maiores pressões, ele sofre um processo de compressão que aumenta sua temperatura.) Ar frio Ar quente

11 Trapping - Situação quando a pluma fica retida entre duas camadas de inversão (mais difícil a dispersão). Ar quente Ar frio Ar quente

12 Modelagem Matemática do Transporte de Poluentes Atmosféricos Possibilidade de planejar e gerir de maneira mais racional as fontes poluidoras. Equação de Transporte - Equação diferencial parcial, que relaciona a concentração de um dado poluente com as coordenadas espaciais, com o tempo e com as concentrações de outros poluentes que possam afetar a concentração do poluente em estudo.

13 Pluma gaussiana: Onde: x = coord. horizontal com origem na coord. do ponto de despejo [L]; y = coord. transversal [L]; z = coord. vertical com origem no solo e orientada para cima [L]; C = concentração do poluente; Q = taxa de emissão do poluente; U = velocidade do vento; H = coord. Z no ponto de emissão; σ y = desvio-padrão da distribuição espacial da pluma ao longo da direção horizontal; σ z = desvio-padrão da distribuição espacial da pluma ao longo da direção vertical.

14 Por que o monitoramento da qualidade do ar? conhecer e comparar a atual qualidade do ar na área sob jurisdição; julgar tendências com o objetivo de fixar padrões de qualidade do ar; ativar ações de emergência a fim de evitar episódios agudos de poluição do ar; fornecer dados necessários para avaliação de prováveis efeitos sobre o ser humano, animais, plantas e materiais em geral; fornecer dados para o planejamento do uso do solo, planejamento urbano e do sistema de transportes; estudar e desenvolver estratégias de controle de poluição do ar; estudar a validade dos modelos matemáticos de dispersão atmosférica.

15 Padrões de Qualidade de Ar Segundo a Resolução do CONAMA n 3, de 28 de junho de 1990: Art. 1º - São Padrões de Qualidade do Ar (PQAR) as concentrações de poluentes atmosféricos que, ultrapassadas, poderão afetar a saúde, a segurança e o bemestar da população, bem como ocasionar danos à flora e à fauna, aos materiais e ao meio ambiente em geral.

16 Art. 2º - Para os efeitos desta Resolução ficam estabelecidos os seguintes conceitos: I - Padrões Primários de Qualidade do Ar são as concentrações de poluentes que, ultrapassadas, poderão afetar a saúde da população. II - Padrões Secundários de Qualidade do Ar são as concentrações de poluentes abaixo das quais se prevê o mínimo efeito adverso sobre o bem-estar da população, assim como o mínimo dano à fauna, à flora, aos materiais e ao meio ambiente em geral.

17 Padrões Nacionais de Qualidade do Ar (Resolução CONAMA n 3, 28/06/1990)

18 Índice de Qualidade de Ar A CETESB utiliza, desde 1981, um Índice de Qualidade de Ar que foi desenvolvido nos EUA pela EPA (Environmental Protection Agency), e que padroniza a divulgação da qualidade do ar pelos meios de comunicação. O índice é obtido através de uma função linear segmentada, onde os pontos de inflexão são os padrões de qualidade do ar (PQAR). Através dessa função, que relaciona a concentração do poluente com o valor índice, resulta em número adimensional referido a uma escala com base em PQAR.

19 Relação entre concentração do poluente e o valor do índice de qualidade.

20 Índice de Qualidade de Ar Relação do IQAR com a qualidade do ar. Índice (IQAR) > 400 Qualidade do Ar Boa Regular Inadequada Má Péssima Crítica Estado Atenção Alerta Emergência Obs.: para efeito de divulgação é utilizado o índice mais elevado, isto é, a qualidade do ar de uma estação é determinada pelo pior caso.

21 Índice (PQAR) 0-50 (Boa) Significado Praticamente não há riscos à saúde (Regular) Pessoas de grupos sensíveis (crianças, idosos e pessoas com doenças respiratórias e cardíacas) podem apresentar sintomas como tosse seca e cansaço. A população, em geral, não é afetada (Inadequada) Toda a população pode apresentar sintomas como tosse seca, cansaço, ardor nos olhos, nariz e garganta. Pessoas de grupos sensíveis podem apresentar efeitos mais sérios na saúde (Má) Toda a população pode apresentar agravamento dos sintomas como tosse seca, cansaço, ardor nos olhos, nariz e garganta e ainda apresentar falta de ar e respiração ofegante. Efeitos ainda mais graves à saúde de grupos sensíveis. > 299 (Péssima ou Crítica) Toda a população pode apresentar sérios riscos de manifestações de doenças respiratórias e cardiovasculares. Aumento de mortes prematuras em pessoas de grupos sensíveis.

22 Qualidade de Ar Valores de concentração, índice e qualidade de alguns poluentes medidos em SOROCABA, 10/09/ :00h. Poluente Concentração Índice Qualidade NO BOA O REGULAR

23 Controle da Poluição do Ar É possível intervir para reduzir os riscos da poluição atmosférica através: Planejamento territorial e zoneamento; Eliminação e minimização de poluentes; Concentração dos poluentes na fonte para tratamento antes do lançamento; Diluição e mascaramento dos poluentes; Equipamentos de controle de poluentes.

24 Sistemas de tratamento de efluentes gasosos Cria um campo eletrostático, e as partículas são atraídas por placas e depois retiradas (remove até 99,5% MP) Braga, B. et al. Introdução à Engenharia Ambiental. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005, 318p. Funciona como um aspirador de pó (remove até 99,9% MP)

25 Sistemas de tratamento de efluentes gasosos Perda de carga da passagem da fumaça pelo parafuso, leva a separação do MP (remove de 50 a 90% das partículas grandes) (remove até 90% das partículas com diâmetro de até 1 µm)

26 Veículos pesados (movidos a óleo diesel): maiores contribuintes para emissão de partículas inaláveis MP 10 e fumaça e óxidos de nitrogênio; Veículos leves (movidos a gasolina e álcool): maiores contribuintes para a emissão de CO, hidrocarbonetos, NOx e aldeídos. PROCONVE (Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores) exige que os veículos e motores novos atendam a limites máximos de emissão, em ensaios padronizados e com combustíveis de referência. Os fabricantes de veículos vêm cumprindo as exigências legais, o que resultou na obtenção de redução média de mais de 94% na emissão de poluentes dos veículos leves novos de 2005, em relação ao início do programa (1993).

27 unesp Fatores médios de emissão de veículos leves novos1

28 Valores típicos de emissão de veículos após conversão para o uso de gás natural veicular 1

29 PROMOT (Programa de Controle da Poluição do Ar por Motociclos e Veículos Similares). A Resolução do CONAMA n.º 342/03 estabelece novos limites para a emissão de motociclos e derivados de três rodas a partir de 01/01/2005 para os novos lançamentos, e a partir de 01/01/2006 para todos os modelos.

30 Fatores de emissão de motocicletas novas e similares.

31 Bibliografia 1. DERISIO, J.C. Introdução ao Controle da Poluição Ambiental. São Paulo: Signus Editora. 2ª Ed BRAGA, B.; HESPANHOL, I.; CONEJO, J. G. L.; BARROS, M. T. L.; VERAS Jr., M. S.; PORTO, M. F. A.; NUCCI, N. L. R.; JULIANO, N. M. A.; EIGER, S. Introdução à Engenharia Ambiental. São Paulo: Prentice Hall. 2ª Ed

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