Universidade do Estado do Rio de Janeiro Centro de Tecnologia e Ciências Instituto de Química

Transcrição

1 Universidade do Estado do Rio de Janeiro Centro de Tecnologia e Ciências Instituto de Química Cesar Marcelo Cajazeira Vidal Descrição da Metodologia do Cálculo de Dispersão de Plumas Aplicada a um Complexo Industrial Rio de Janeiro 008

2 Livros Grátis Milhares de livros grátis para download.

3 Cesar Marcelo Cajazeira Vidal Descrição da Metodologia do Cálculo de Dispersão de Plumas Aplicada a um Complexo Industrial Dissertação apresentada como requisito parcial para a obtenção do título de mestre, ao Programa de Pós Graduação em Química, da Universidade do Estado do Rio de Janeiro. Área de concentração: Química Ambiental Orientador: Prof. Sérgio Machado Corrêa Rio de Janeiro 008

4 CATALOGAÇÃO NA FONTE UERJ/REDE SIRIUS/CTC/Q V648 Vidal, César Marcelo Cajazeira. Descrição da metodologia do cálculo de dispersão de plumas aplicada a um complexo industrial. / César Marcelo Cajazeira Vidal f. Orientador: Sérgio Machado Corrêa Dissertação (Mestrado) Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Instituto de Química. 1. Ar Poluição - Teses.. Simulação (Computadores) - Teses. I. Corrêa, Sérgio Machado. II. Universidade do Estado do Rio de Janeiro. Instituto de Química. III. Título. CDU Autorizo, apenas para fins acadêmicos e científicos, a reprodução total ou parcial desta dissertação. Assinatura Data

5 Cesar Marcelo Cajazeira Vidal Descrição da Metodologia do Cálculo de Dispersão de Plumas Aplicada a um Complexo Industrial Dissertação apresentada como requisito parcial para a obtenção do título de mestre, ao Programa de Pós Graduação em Química, da Universidade do Estado do Rio de Janeiro. Área de concentração: Química Ambiental Aprovado em: Prof. Dr. Sérgio Machado Corrêa (orientador) Faculdade de Tecnologia da UERJ Prof. Dr. António Filipe Falcão Montalvão PETROBRAS Profa. Dra. Mônica Regina Marques Palermo de Aguiar Instituto de Química da UERJ Rio de Janeiro 008

6 DEDICATÓRIA À minha esposa Andreza e aos meus filhos Ian e Larissa, que muito me apoiaram e souberam compreender minhas ausências. Aos meus pais Carlos e Isa pelo incentivo e apoio. À querida Avó Teresinha e Tia Neuza, as quais devo muito pelo incentivo e apoio.

7 AGRADECIMENTOS A INB, em especial ao Coordenador Sr. Jorge Barros por me proporcionarem a viabilidade financeira e apoio no ingresso e conclusão deste mestrado. Ao professor, doutor e amigo Sérgio Machado Corrêa Aos amigos da INB Ao Centro Universitário de Volta Redonda - UniFOA Aos Senhores Silvio de Oliveira, Luiz Palma, Leslie Molnary

8 RESUMO VIDAL, César Marcelo Cajazeira. Descrição da metodologia do cálculo de dispersão de plumas aplicada a um complexo industrial f. Dissertação (Mestrado em Química) Instituto de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 008. O cálculo de dispersão de plumas é uma ferramenta empregada para se estimar o alcance dos poluentes emitidos por uma chaminé nas suas redondezas. É empregada nos países desenvolvidos há alguns anos e recentemente vem sendo exigida pelas agências ambientais brasileiras como um dos requisitos para concessão das licenças de operação. Baseia-se em um cálculo gaussiano, onde os dados de entrada são as taxas de emissão, os dados físicos da chaminé, dados meteorológicos e topográficos. Como é uma técnica recente no Brasil, este trabalho se propõe a fazer uma descrição da metodologia e suas etapas, indicando quais são os dados mais relevantes e quais simplificações podem ser feitas. O estudo de caso foi realizado nas instalações das Indústrias Nucleares do Brasil (INB). Os resultados indicaram que a influência de edificações adjacentes à fonte emissora é um dos parâmetros mais importantes, seguido da influência do relevo da região. Foi também realizada uma comparação entre os dois softwares comerciais existentes, o ISCST3, de maior complexidade, e o SCREEN mais simplificado, e indicou que o SCREEN pode ser usado como uma ferramenta de avaliação inicial, quando todos os dados de entrada necessários para se usar o ISCST3 não estão disponíveis. Palavras-chave: Atmosfera, Modelagem, Dispersão, Plumas.

9 ABSTRACT The plume dispersion modeling is a tool used to estimate the pollutants distribution in the vicinities of a chimney. It has been widely used in developed countries for a long time and now is started to be used by Brazilian environmental agencies as one of the requirements to obtain the operation license. It is based on a Gaussian modeling where input data are the emissions rate, physical data from the stack, meteorological data, and topographical characteristics. As this technique recently used in Brazil, this work proposes to describe the methodology and its steps, indicating the most relevant parameters, the possible simplifications, and details necessary. The case study was done at the site of Indústrias Nucleares do Brasil (INB). The results indicated that the edifications near the emission source are the most relevant parameter, followed by the topographical characteristics. A comparison was also done between the two commercial softwares available, the ISC3, with more details, and the SCREEN with simpler features. The results indicated that the SCREEN software can be used as an initial evaluation tool, whenever all input data necessary to process ICS3 are not available. Keywords: Atmosphere, Modeling, Dispersion, Plume

10 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 - Ciclo do Combustível Nuclear Figura - Elemento Combustível Nuclear... 0 Figura 3 - Torre meteorológica da INB... 1 Figura 4 - A troposfera e suas camadas (Stull in: Álvares et al., 00) Figura 5 - Perfil do vento na CLP instável (SMHI in: Álvares et al., 00)... 3 Figura 6 - Sistema de Coordenas Cartesianas Figura 7 - Coeficiente de dispersão horizontal (σ y ) (Seinfeld e Pandis, 1998) Figura 8 - Coeficiente de dispersão vertical (σ z ) (Seinfeld e Pandis, 1998) Figura 9 - Influência da estabilidade da atmosfera na forma da pluma (Boubel et al. In: Moraes & Maliska, 001) Figura 10 - Dispersão esquemática da pluma Figura 11 - Site da INB ao centro e região Figura 1 - Fábrica do Elemento Combustível (FCN), Enriquecimento (FEU) de Urânio e Pó e Pastilha (FPP), Administração (ADM) e Torre Meteorológica (TM)... 5 Figura 13 - Curva de nível da região ao redor da INB Figura 14 - Visão tridimensional da topografia ao redor da INB Figura 15 - Rosa dos Ventos Figura 16 - Rosa dos Ventos por classe de estabilidade Figura 17 - Concentração Máxima de MP para as chaminés FPP e SS, 470,9 µg m -3, Média 1 hora - Caso Base... 61

11 Figura 18 - Concentração. Máxima de MP para as chaminés FPP e SS, 537,7 µg m -3, Média 1 hora (com edificações e sem relevo)... 6 Figura 19 - Concentração Máxima de MP para as chaminés FPP e SS, 5,1 µg m -3, Média 1 hora (sem edificações e com relevo) Figura 0 - Concentração Máxima de MP para as chaminés FPP e SS, 153,4 µg m -3, Média 1 hora (sem edificações e sem relevo) Figura 1 - Concentração Máxima de MP para a chaminé FPP, 107,3 µg m -3, Média 1 hora (com edificações e com relevo) Figura - Concentração Máxima de MP para a chaminé SS, 470,9 µg m -3, Média 1hora (com edificações e com relevo) Figura 3 - Concentração Máxima de MP para a chaminé FPP, 36,5 µg m -3, Média 1hora (com edificações e sem relevo) Figura 4 - Concentração Máxima de MP para a chaminé SS, 537,7 µg m -3, Média 1hora (com edificações e sem relevo) Figura 5 - Concentração Máxima de MP para a chaminé FPP, 107,3 µg m -3, Média 1hora (sem edificações e com relevo) Figura 6 - Concentração Máxima de MP para a chaminé SS, 3,4 µg m -3, Média 1hora (sem edificações e com relevo) Figura 7 - Concentração Máxima de MP para a chaminé FPP, 16,7 µg m -3, Média 1hora (sem edificações e relevo) Figura 8 - Concentração Máxima de MP para a chaminé SS, 148,4 µg m -3, Média 1hora (sem edificações e relevo)... 7 Figura 9 - Concentração Máxima de MP para as chaminés FPP e SS, 470,9 µg m -3, Média 1 hora - Caso Base Figura 30 - Concentração Máxima de MP para as chaminés FPP e SS, 36,0 µg m -3, Média 3 horas... 78

12 Figura 31 - Concentração Máxima de MP para as chaminés FPP e SS, 96,1 µg m -3, Média 1 horas Figura 3 - Concentração Máxima de MP para as chaminés FPP e SS, 7,5 µg m -3, Média 4 horas Figura 33 - Concentração Máxima de MP para as chaminés FPP e SS, 16,4 µg m -3, Média Anual... 81

13 LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 1 - Distribuição da freqüência por classe de vento Gráfico - Distribuição da Freqüência por Classe de Estabilidade Gráfico 3 - Análise Gráfica das Figuras 17, 18, 19 e Gráfico 4 - Análise Gráfica das Figuras 17, 18, 19 e Gráfico 5 - Análise Gráfica das Figuras 1,, 3, 4, 5, 6, 7 e Gráfico 6 - Análise Gráfica das Figuras 1,, 3, 4, 5, 6, 7 e Gráfico 7 - Concentração Máxima de MP para chaminé FPP, 19,0 µg m -3, Média Horária... 8 Gráfico 8 - Concentração Máxima de MP para chaminé SS, 191,7 µg m -3, Média Horária83

14 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Padrões Nacionais de Qualidade do Ar... 4 Tabela - Coeficientes nas dispersões de plumas gaussianas Tabela 3 - Definição da Estabilidade Atmosférica segundo Pasquill-Gifford Tabela 4 - Dados de Entrada do Modelo ISCST Tabela 5 - Distribuição da Freqüência (Contagem) Tabela 6 - Distribuição da Freqüência (Normalizada) Tabela 7 - Concentração Máxima de Material Particulado, Média de 1 hora - ISCST Tabela 8 - Concentração Máxima de Material Particulado, Média de 1, 3, 1, 4 horas e Anual... 8 Tabela 9 - Comparação dos resultados obtidos com o ISCST3 e SCREEN (sem relevo e prédio)... 83

15 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABNT ADM CECA CETESB CLP CONAMA EIA FCN FEEMA FEU FPP IBAMA INB Associação Brasileira de Normas Técnicas Administração Conselho Estadual de Controle Ambiental Companhia Estadual de Engenharia e Saneamento Camada Limite Planetária Conselho Nacional do Meio Ambiente Estudo de Impacto Ambiental Fábrica de Combustível Nuclear Fundação Estadual de Engenharia do Meio Ambiente Fábrica de Enriquecimento de Urânio Fábrica de Pó e Pastilha Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e Recursos Renováveis Indústrias Nucleares do Brasil ISCST3 Industrial Source Complex Short Therm Version 3 LO MCT PROCON AR RIMA RPD SLAP Licença Operacional Ministério de Ciências e Tecnologias Programa de Auto Controle do Ar Relatório de Impacto Ambiental Rodovia Presidente Dutra Sistema de Licenciamento de Atividades Poluidoras

16 SS TM USEPA Secador Spray Torre Meteorológica United States Environmental Protection Agency

17 SUMÁRIO INTRODUÇÃO OBJETIVOS.... REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Prognóstico da Qualidade Ambiental da Área de Influência Amostragem em Chaminés e Dutos e PROCON AR Amostragem em Chaminés ou Dutos PROCON AR Principais Poluentes Atmosféricos Material Particulado Dióxido de Enxofre e Aerossóis Ácidos Monóxido de Carbono Ozônio Óxidos de Nitrogênio Camada limite planetária (CLP) Difusão Atmosférica Equação Geral de Plumas Gaussianas Coeficientes de Dispersão Correlações para σ y e σ z baseada na teoria de semelhança Correlações para σy e σz com base nas classes de estabilidade de Pasquill Determinação dos Coeficientes de Dispersão no Modelo Estatístico de Gauss Elevação da pluma Influência da Estabilidade Fatores que influenciam a dispersão dos poluentes atmosféricos Altura de Mistura e Inversão Térmica... 45

18 .11. Modelos de Dispersão de Pluma Gaussiana Gestão e Proteção da Qualidade do Ar Modelo ISCST Modelo SCREEN METODOLOGIA Dados de Entrada dos Modelos Região Circunvizinha da INB Área de influência Recursos d água superficial da INB Influência da Topografia Meteorologia RESULTADOS E DISCUSSÃO CONCLUSÕES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Apêndice 1 Arquivo de saída do screen da chaminé da fpp Apêndice Arquivo de saída do screen da chaminé da SS... 91

19 18 INTRODUÇÃO A poluição do ar causada pela emissão de fontes fixas (chaminés) pode resultar em problemas que variam desde os arredores até quilômetros de distância. O controle das emissões requer uma avaliação dos poluentes nos níveis qualitativo e quantitativo. Para estimar os impactos da emissão dos poluentes e a aplicabilidade de medidas de controle é preciso o uso de ferramentas matemáticas e dados experimentais. Um dos métodos utilizados é o cálculo de dispersão de plumas atmosféricas, que pode prever com que concentrações os poluentes emitidos por uma chaminé irão atingir o nível do solo e em que localidade será atingida a concentração máxima, assim como as suas vizinhanças. Existem diversos modelos para o cálculo de dispersão de plumas atmosféricas. Com base no algoritmo de cálculo, existem os modelos Gaussianos, Numéricos, Estatísticos e Físicos, sendo os Gaussianos mais empregados por sua simplicidade, por já terem sido testados exaustivamente e por serem de ampla aceitação pelas agências ambientais. No modelo apresentado neste estudo, o algoritmo de cálculo empregado é integrante dos softwares SCREEN e ISCST3, de livre distribuição, pela Agência de Proteção Ambiental Norte Americana (USEPA). O algoritmo usado pelo software SCREEN baseia-se em um cálculo gaussiano de uma fonte fixa, podendo ser estendido para múltiplas fontes de acordo com uma metodologia para agrupamento de fontes. O cálculo também pode ser efetuado para fontes de áreas como emissões de aterros ou incêndios e de fontes volumétricas como um bloco. Já o software ISCST3, também da USEPA, é empregado para avaliações de fontes individuais múltiplas e de grande complexidade, como múltiplos prédios e terrenos assimétricos como é o caso de uma refinaria. Vários são os parâmetros que devem ser monitorados e requeridos para o cálculo de dispersão de plumas atmosféricas, portanto, as informações sobre fonte de emissão, meteorologia, poluentes, edificações e topografia merecem destaque. Com base nas informações das condições de contorno, é possível realizar uma simulação através do cálculo de dispersão de plumas atmosféricas para a avaliação dos poluentes emitidos para a atmosfera. A INB (Indústrias Nucleares do Brasil), empresa estatal vinculada ao Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT), responsável pela produção do combustível que abastece as usinas nucleares brasileiras, investiu na ampliação e modernização do seu parque industrial

20 19 para produzir com segurança, qualidade, responsabilidade social e ambiental, transparência e auto-suficiência econômica. A INB Resende, localizada no sul do estado do Rio de Janeiro, em Engenheiro Passos distrito de Resende, incorpora a Fábrica de Combustível Nuclear (FCN). Nessa unidade industrial, estão localizadas a produção de pó e de pastilhas de dióxido de urânio, componentes e montagem do elemento combustível, enriquecimento de urânio, área administrativa e o centro zoobotânico. A INB começou seu processo produtivo no ano de 198, possui uma área de 637 hectares, sendo hectares ocupados e dispõe atualmente de 50 colaboradores diretos, e 300 indiretos, aproximadamente. O ciclo do combustível nuclear (Figura 1) é o conjunto de etapas do processo industrial que transforma o mineral urânio, desde quando ele é encontrado em estado natural até sua utilização como combustível, dentro de uma usina nuclear. MINERAÇÃO CONVERSÃO ENRIQUECIMENTO RECONVERSÃO GERAÇÃO DE ENERGIA ELEMENTO COMBUSTÍVEL PASTILHAS Figura 1 - Ciclo do Combustível Nuclear Na natureza, o elemento químico urânio é um metal encontrado em formações rochosas da crosta terrestre. Após um conjunto de operações, que tem como objetivo descobrir uma jazida e fazer sua avaliação econômica, prospecção e pesquisa, determina-se o local onde será realizada a extração do minério do solo, e o início dos procedimentos para Mineração e Beneficiamento. Na usina de beneficiamento o urânio é extraído do minério, purificado e concentrado sob a forma de um sal de cor amarela, conhecido como "yellowcake".

21 0 Na usina de conversão, o urânio sob a forma de yellowcake, é dissolvido e purificado, obtendo-se então o urânio nuclearmente puro. A seguir, é convertido para o estado gasoso, em hexafluoreto de urânio, para permitir a transformação seguinte, o enriquecimento isotópico. O urânio 35 é o isótopo físsil responsável pela reação em cadeia nos reatores nucleares. A operação de enriquecimento do urânio tem por objetivo aumentar a concentração do urânio 35 acima da natural, 0,7 % para em torno de 3%, conseqüentemente permitindo sua utilização como combustível para geração de energia. Na fábrica de pó e pastilha, a produção de pastilhas de dióxido de urânio (UO ), que após serem submetidas a diversos testes; dimensionais, metalográficos e químicos, estarão aptas a compor o elemento combustível, combustível para centrais nucleares. O elemento combustível nuclear (Figura ) é composto pelas pastilhas de dióxido de urânio montadas em tubos de uma liga metálica especial (zircaloy), formando um conjunto de varetas, cuja estrutura é mantida rígida por reticulados chamados grades espaçadoras. Figura - Elemento Combustível Nuclear A INB possui uma torre meteorológica (Figura 3) de 60m de altura, com tomada de dados em dois níveis, provida de sensores meteorológicos que fornecem dados para cálculo de dispersão de plumas atmosféricas visando: Planejamento, simulação e treinamento de ações de controle de emergências; Criar uma base de dados climatológicos.

22 1 Figura 3 - Torre meteorológica da INB Instrumentos meteorológicos foram instalados na torre para efetuarem as seguintes medidas: No nível de 60 m: velocidade e direção do vento horizontal e temperatura do ar; No nível de 10 m: velocidade e direção do vento horizontal, temperatura e umidade relativa do ar; No nível do solo próximo à torre: precipitação, irradiação solar global e pressão atmosférica. Junto à base da torre existe um dispositivo de controle de dados, para aquisição e armazenamento dos dados coletados. Estes dados são visualizados em tempo real e armazenados em arquivos para o tratamento estatístico a posterior. Os efluentes gasosos da INB são constituídos por poluentes específicos do seguimento industrial em questão. No entanto, são lavados, filtrados e lançados pela chaminé, sendo, contudo monitorados por um contador de partículas alfa e beta que opera 4 horas por dia para certificar-se de que estão abaixo dos níveis operacionais de liberação estabelecidos pela Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) e o Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis (IBAMA).

23 1. OBJETIVOS Propor uma metodologia de abordagem para decisão de escolha dos softwares (SCREEN e ISCST3) a ser empregado no cálculo de dispersão de plumas atmosféricas, ou seja, decidir sobre quais simplificações podem ser feitas e quais detalhamentos não podem ser desprezados. Descrever brevemente a equação de pluma gaussiana, bem como o transporte e a difusão de poluentes lançados na atmosfera. Como são numerosos e complexos os métodos para esse estudo, não é possível descrevê-los sem a utilização dos modelos matemáticos (Moreira & Tirabassi, 004). Estimar o alcance do transporte de poluentes da INB nas redondezas e as possíveis áreas mais afetadas, para dar subsídios a INB frente às situações de controle e monitoramento ambiental.

24 3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA A poluição do ar é caracterizada pela presença de um ou mais poluentes atmosféricos provenientes das emissões de fontes antropogênicas ou naturais. Vale ressaltar que muito antes de o homem iniciar seu sistemático, crescente e eficiente processo de poluir a atmosfera, nela já era possível detectar a presença de poluentes atmosféricos. Estes poluentes são provenientes da emissão das chamadas fontes naturais, tais como vulcões, ação dos ventos sobre areia, argila e água do mar, grandes incêndios, descargas elétricas durante tempestades etc. (Philippi et al., 198). Definições: A ABNT NBR 8969/85, define poluente atmosférico como toda e qualquer forma de matéria e/ou energia que, segundo suas características, concentração e tempo de permanência no ar, possa causar ou venha a causar danos à saúde, aos materiais, à fauna e à flora e seja prejudicial à segurança, ao uso e ao gozo da propriedade, à economia e ao bem-estar da comunidade. A resolução CONAMA nº 03, de 1990, define poluente atmosférico como qualquer forma de matéria ou energia com intensidade e em quantidade, concentração, tempo ou características em desacordo com os níveis estabelecidos, e que tornem ou possam tornar o ar: (1) Impróprio, nocivo ou ofensivo à saúde; () Inconveniente ao bem-estar público; (3) Danoso aos materiais, à fauna e flora; (4) Prejudicial à segurança, ao uso e gozo da propriedade e às atividades normais da comunidade. Ainda segundo a Resolução CONAMA nº 03, 1990, de acordo com a origem os poluentes atmosféricos podem ser divididos em: Padrões primários de qualidade do ar são as concentrações de poluentes que, ultrapassados poderão afetar a saúde da população. Padrões secundários de qualidade do ar são as concentrações de poluentes atmosféricos abaixo das quais se prevê o mínimo efeito adverso sobre o bem estar da população, assim como o mínimo dano à fauna e à flora, aos materiais e ao meio ambiente em geral.

25 4 Os padrões nacionais de qualidade do ar, apresentados na Tabela 1, são estabelecidos pela Resolução CONAMA nº 03, Tabela 1 - Padrões Nacionais de Qualidade do Ar Poluentes Tempo de Amostragem Padrão (µg m -3 ) Primário Secundário Método de Medição Partículas totais em suspensão 4 horas (1) MGA () Amostrador de grandes volumes Dióxido de Enxofre 4 horas MAA (3) Pararosanilina Monóxido de Carbono 1 hora (1) 8 horas Infravermelho não dispersivo Ozônio 1 hora (1) Quimiluminescência Fumaça 4 horas (1) 150 MAA (3) 60 Partículas Inaláveis (PM10) 4 horas (1) 150 MAA (3) 50 Dióxido de Nitrogênio 1 hora (1) 30 MAA (3) 100 Onde: (1) Não deve ser excedido mais que uma vez ao ano () Média geométrica anual (3) Média aritmética anual Reflectância Separação Inercial / Filtração Quimiluminescência Considerando uma série de problemas relativos à poluição atmosférica, a Resolução CONAMA nº 38, 006, estabelece limites máximos de emissão de poluentes atmosféricos para fontes fixas dos segmentos industriais, citados em seus anexos..1. Prognóstico da Qualidade Ambiental da Área de Influência No Estado do Rio de Janeiro a elaboração do Estudo de Impacto Ambiental (EIA) e seu respectivo Relatório de Impacto Ambiental (RIMA), deve ser de acordo com a Resolução CONAMA 01/86, a Lei Estadual nº 1.356/88 e a Diretriz da FEEMA DZ- 041.R-13, aprovada pela Deliberação CECA 3.667/97. De acordo com a FEEMA, para elaboração do EIA/RIMA, está o desenvolvimento do prognóstico da qualidade ambiental da área de influência, especificamente com relação à qualidade do ar, o prognóstico da área de influência deverá ser elaborado por meio da utilização de modelo matemático ISCST3, devendo caracterizar os poluentes tradicionais

26 5 previstos na Resolução CONAMA 03/90, e principalmente os poluentes específicos do segmento industrial em questão. Também deve ser levado em consideração o que determina o item 7 do anexo VIII da Resolução CONAMA 38/06, referente aos limites de emissão para poluentes atmosféricos. Para a modelagem, deverão ser considerados: Série mínima de três anos consecutivos de dados meteorológicos, representativos da região do empreendimento; Características topográficas da região; Grade cartesiana com resolução de 500 x 500 metros em coordenadas UTM; Base cartográfica em escala adequada, em coordenadas UTM, que permita a sobreposição das saídas gráficas do modelo; Raio mínimo de metros ao redor da fonte; Realizar uma análise crítica sobre os resultados obtidos na modelagem em relação à qualidade do ar, apresentando, para cada poluente, tabelas contendo os valores das 0 maiores concentrações máximas de curto período e das 10 maiores concentrações médias de longo período, com as respectivas localizações, e fornecer, em meio digital, as informações referentes aos dados de entrada e saída do modelo, fatores de emissão utilizados comprovados por documentação pertinente, memorial contendo cálculos de emissão e respectivas transformações de unidades, informações sobre a topografia considerada e arquivo meteorológico utilizado... Amostragem em Chaminés e Dutos e PROCON AR... Amostragem em Chaminés ou Dutos A amostragem em chaminés ou dutos é um procedimento experimental que se utiliza para avaliar as características dos fluxos gasosos industriais e determinar qualitativa e quantitativamente os poluentes gerados em processos e atividades industriais. O princípio básico da amostragem consiste em extrair uma amostra, de volume conhecido, do efluente gasoso e após análises laboratoriais, tornar possível o cálculo da quantidade total do poluente analisado.

27 6 Assim, a amostragem deve coletar uma amostra representativa do que está sendo emitido pela fonte, para que haja correlação entre a quantidade do poluente medido com o total emitido pela fonte geradora, evitando desvios nos resultado. Portanto, a técnica escolhida para execução da amostragem é extremamente importante e preponderante para a confiabilidade dos resultados. Os principais resultados obtidos numa amostragem são as características do efluente gasoso (pressão, temperatura, velocidade, vazão e teor de umidade), a concentração e a taxa de emissão dos poluentes analisados. Com os valores determinados para essas variáveis estão vinculados às condições de operação da fonte emissora e de seu sistema de controle (se existir) é fundamental um planejamento adequado para que, através da análise dos dados, possa-se atingir o objetivo que norteou a execução de tal amostragem. Além disso, o planejamento deve se desenvolvido no sentido de se orientar as condições em que a amostragem deva se executada e, conseqüentemente, evitar desperdício de tempo e de recurso (materiais e humanos). O objetivo da amostragem é a determinação da concentração e taxa de emissão do poluente ou determinação da eficiência do equipamento de controle. Em função desse objetivo é possível definir a amostragem quanto à seleção dos poluentes a serem amostrados, bem como determinar as condições de operação do processo e o número de coletas por poluente, também estão vinculados ao objetivo da amostragem a coleta de amostras (como, por exemplo, combustíveis, matérias primas, água de lavagem etc.) e o parâmetros a serem observados e registrados durante a amostragem (CETESB, 003)...3. PROCON AR A Fundação Estadual de Engenharia do Meio Ambiente (FEEMA) através da DZ- 545.R5 tem com o objetivo de estabelecer as diretrizes gerais para implantação de um programa denominado Programa de Autocontrole de Emissões Para a Atmosfera (PROCON AR), no qual os responsáveis pelas atividades poluidoras informam regularmente a FEEMA, por intermédio de relatórios específicos, os resultados das amostragens periódicas e contínuas em chaminés e da qualidade do ar efetuadas segundo condições predeterminadas, como parte integrante do Sistema de Licenciamento de Atividades Poluidoras (SLAP).

28 7 O PROCON Ar tem as seguintes finalidades: a) Ampliar a ação fiscalizadora da FEEMA no controle da poluição do ar; b) Verificar o atendimento aos padrões de emissão para poluentes do ar; c) Formular exigências de controle; d) Subsidiar o estabelecimento de padrões e de fatores de emissão adequados ao Estado do Rio de Janeiro; e) Subsidiar a elaboração de estratégias de controle de emissões para a atmosfera, através de identificação das fontes mais significativas de emissão, e da quantidade de poluentes emitidos. As atividades poluidoras sujeitas ao PROCON AR são todas as atividades efetivas ou potencialmente poluidoras do ar. Todas as atividades vinculadas ao PROCON AR deverão atender aos padrões de emissão para a atmosfera, aprovados pela Comissão Estadual de Controle Ambiental (CECA). Atender às condições especificadas na Licença de Operação (LO). Adotar os métodos de amostragem e análise aprovados pela CECA. Outros métodos poderão ser considerados, desde que previamente submetidos à aprovação da FEEMA. Calibrar os vários componentes do trem de amostragem em firmas ou entidades aceitas pela FEEMA, ou excepcionalmente, na própria FEEMA. Realizar as amostragens quando a atividade estiver operando entre 95% e 100% de sua capacidade nominal, ou em outras condições, desde que aprovadas previamente pela FEEMA. A atividade obrigada à realização de amostragens periódicas de emissões para a atmosfera deverá enviar a FEEMA os seguintes relatórios: Relatório Preliminar de Amostragem em Chaminé ou Duto (REP) a ser preenchido e enviado a FEEMA, 30 dias antes da realização de cada amostragem, conforme modelo apresentado no anexo da DZ-545.R5. Relatório de Amostragem Periódica de Emissões para a Atmosfera (RAP) a ser preenchido e enviado a FEEMA, até 30 dias após o término da amostragem, conforme modelo apresentado no anexo da DZ-545.R5.

29 8 A atividade é obrigada realizar amostragem contínua de emissões para a atmosfera e deverá enviar a FEEMA o Relatório de Amostragem Contínua de Emissões para a Atmosfera (RAC), cuja forma e prazo de apresentação serão determinados para cada situação específica. A atividade é obrigada realizar amostragem da qualidade do ar e deverá enviar a FEEMA a cada 30 dias seus resultados, segundo modelo descrito no Método FEEMA de medição de cada parâmetro. Observadas as condições estabelecidas na LO, a FEEMA definirá a época e a freqüência das amostragens, poderá fixar datas, épocas e freqüências diferentes das previamente determinadas para atender a condições atípicas de funcionamento da atividade poluidora. A FEEMA poderá supervisionar a execução da amostragem, assim como executar outras, quando julgar necessário. O responsável pela atividade poluidora, ao observar que o valor da amostragem de pelo menos um dos parâmetros medidos está acima do permitido informará a FEEMA a ocorrência da irregularidade e as providências tomadas para saná-la, utilizando, para isso, o campo específico do relatório. Este procedimento poderá suscitar diminuição ou suspensão da penalidade, por esta infração. O não atendimento ao disposto na DZ-545.R5, sujeitará a atividade poluidora às penalidades previstas na legislação vigente..3. Principais Poluentes Atmosféricos.3.1. Material Particulado O material particulado é uma mistura de partículas líquidas e sólidas em suspensão no ar. Sua composição e tamanho dependem das fontes de emissão. O tamanho das partículas é expresso em relação ao seu tamanho aerodinâmico, definido como o diâmetro de uma esfera densa que tem a mesma velocidade de sedimentação que a partícula em questão (Dockery & Pope, 1994, apud Braga et al., 00). Segundo Braga et al, (00) é oportuno salientar que a determinação da EPA para controle de partículas menores ou iguais a 10 µm (PM10), também chamadas de partículas inaláveis, se baseou no fato de que estas são as partículas que podem atingir as vias

30 9 respiratórias inferiores, e não na sua composição química. Este material particulado inalável apresenta uma característica importante que é a de transportar gases adsorvidos em sua superfície até as porções mais distais das vias aéreas, onde ocorrem as trocas de gases no pulmão..3.. Dióxido de Enxofre e Aerossóis Ácidos Resultado da combustão de elementos fósseis, como carvão e petróleo, têm como fontes principais os automóveis e termelétricas. Uma vez lançado na atmosfera, o SO é oxidado pelo radical OH e em seguida pela reação com a água, formando ácido sulfúrico (H SO 4 ). Esta transformação depende do tempo de permanência no ar, da presença de luz solar, temperatura, umidade e adsorção do gás na superfície das partículas. A permanência no ar por um período grande de tempo faz com que o SO e seus derivados (aerossóis ácidos) sejam transportados para regiões distantes das fontes primárias de emissão, aumentando a área de atuação destes poluentes. O SO é altamente solúvel em água a 30 ºC. A maior parte do SO inalado por uma pessoa em repouso é absorvido nas vias aéreas superiores. Atividade física leva a um aumento da ventilação, com conseqüente aumento da absorção nas regiões mais distais do pulmão. Sua eliminação se faz, basicamente, de dois modos: pela expiração, principalmente através das narinas, e pela urina, com a eliminação na forma de sulfato e éster sulfato, de uma parte do SO inalado. Dissolvidos nas gotas de água presentes na atmosfera, encontramos os aerossóis ácidos mais comuns: sulfato (SO -- 4 ) e bissulfato (HSO - 4 ). O ácido sulfúrico (H SO 4 ) é o aerossol ácido mais irritante para o trato respiratório, apresentando ph menor que um. O ácido sulfúrico e seus sais de amônia constituem a maior parte das partículas finas (Braga et al., 00).3.3. Monóxido de Carbono O Monóxido de Carbono (CO) é um gás incolor e inodoro. Possui uma afinidade com a hemoglobina do segue maior que o oxigênio e forma a carboxiemoglobina, a qual reduz a capacidade transportadora de oxigênio pelo sangue até as células. É, portanto, um gás insidioso e venenoso, podendo ocasionar a morte.

31 30 A poluição com monóxido de carbono se deve principalmente à combustão de hidrocarbonetos com deficiência de oxigênio e, portanto, aos veículos com motores de combustão interna que trafegam nas cidades, notadamente os de motores diesel (Macintyre, 1990) Ozônio O Ozônio (O 3 ) é uma variedade alotrópica do oxigênio, se apresentado sob a forma de um gás azul pálido, de odor picante característico. Agente oxidante muito ativo e tóxico é considerado com poluente em concentrações superiores a 10 µg/m 3. Na alta atmosfera, onde se forma a partir das radiações solares ultravioletas de ondas curtas, existem níveis bem mais elevados, uma pequena fração terminando por se misturar na baixa atmosfera. O ozônio também se origina das descargas elétricas na atmosfera e de reações fotoquímicas onde entram os hidrocarbonetos e os óxidos de nitrogênio (por exemplo, nos gases emitidos pela exaustão dos automóveis com motores de combustão interna) (OMS, 1987, apud Duchiade, 199) Óxidos de Nitrogênio Os óxidos de nitrogênio, designados genericamente por NO x, constituem uma série de sete compostos, dos quais três são importantes na atmosfera. O óxido nitroso (N O óxido nitroso ou gás hilariante), gás incolor, o mais abundante dos compostos atmosféricos, não é importe enquanto poluente, apesar de jogar papel destacado no ciclo do nitrogênio. O monóxido de nitrogênio, ou óxido nítrico (NO), é um gás tóxico incolor que reage espontaneamente com o oxigênio, e muito fortemente com o ozônio, formando o dióxido de nitrogênio. Forma-se nos processos de combustão, por exemplo, nas caldeiras e motores de combustão interna, aumentando sua produção com a elevação de temperatura e participando ativamente das reações atmosféricas que são a causa do smog fotoquímico. O dióxido de nitrogênio (NO ) é um gás avermelhado fortemente tóxico (vapores nitrosos). Nas temperaturas correntes, o vapor é uma mistura de NO e do dímero N O 4 - com o aumento da temperatura, N O 4 se dissocia, aumentando, assim o teor de NO. Acima de 140 ºC, o NO se dissocia em NO e oxigênio. O termo dióxido de nitrogênio e a formula NO designam a mistura NO e N O 4 em equilíbrio. O termo óxidos de nitrogênio e o

32 31 símbolo NO x são utilizados na literatura sobre poluição do ar para designar a mistura de NO e NO no ar (OMS, 1987, apud Duchiade, 199)..4. Camada limite planetária (CLP) A camada mais próxima da superfície terrestre e mais importante em termos de poluição antropogênica é chamada de Camada Limite Planetária (CLP) (Figura 4). Figura 4 - A troposfera e suas camadas (Stull in: Álvares et al., 00) Esta camada se estende desde o solo até algumas centenas de metros, e se caracteriza por ser fortemente influenciada pela superfície terrestre. Na CLP, o vento e, por conseqüência, o transporte dos poluentes, sofre interferência do fluxo predominante do ar nos níveis acima da CLP e do atrito exercido pela superfície, causando um efeito de cisalhamento do vento, fenômeno que ocorre devido ao aumento da velocidade do vento com a altitude. A Figura 5 ilustra o efeito do vento na CLP sob condições de instabilidade, onde se percebe o aumento da velocidade do vento com a elevação da altitude (representado pelos vetores à esquerda da Figura 5).

33 3 Figura 5 - Perfil do vento na CLP instável (SMHI in: Álvares et al., 00) O perfil vertical de temperatura (variação da temperatura em função da altitude) também tem um efeito importante na condição do vento, principalmente do vento vertical (movimentos ascendentes e descendentes de ar) na CLP. É a temperatura nesta camada que determina o que se chama de condição de estabilidade da atmosfera, que pode ser neutra, estável ou instável. Quanto mais instável for a atmosfera, maior a dispersão dos poluentes. Assim, a estabilidade atmosférica é um dos parâmetros meteorológicos mais importantes em termos de poluição do ar. As características do vento e da temperatura na CLP causam um fenômeno também de grande interesse nos estudos de poluição atmosférica, que é o processo de difusão turbulenta. Fisicamente, a atmosfera na CLP se comporta como um fluido que escoa em regime turbulento (Álvares et al., 00)..5. Difusão Atmosférica Segundo a ABNT NBR 8969/85, difusão é o processo de transferência de massa que ocorre com substâncias de concentrações diferente, em direção à região de menor concentração, atribuído ao movimento molecular. Difusão atmosférica é o resultado de um movimento rápido e irregular de porções macroscópicas de fluido (chamadas redemoinhos) em regime turbulento. A definição mais adequada de difusão é dada pela físico-química, que relata a difusão como a tendência das moléculas a equilibrar o potencial químico, que é uma propriedade mais genérica, função de temperatura, pressão e número de moléculas. Por exemplo, pode ocorrer difusão sem gradiente de concentração apenas com gradiente de temperatura.

34 33 É comum referir-se ao comportamento dos gases e partículas em fluxo turbulento como difusão turbulenta, ou, como difusão atmosférica, embora os processos responsáveis pelo espalhamento ou dispersão observados não são os mesmos que os que agem na difusão molecular comum. Um termo, mais preciso, poderia talvez, ser dispersão atmosférica, porém para estar em conformidade com a terminologia comum, a expressão correta é difusão atmosférica. Existem duas maneiras para descrever a difusão turbulenta; a primeira trata da abordagem Euleriana, na qual o comportamento da espécie é descrito em relação a um sistema coordenado fixo. A descrição Euleriana é a maneira comum de tratar os fenômenos de transferência de calor e massa. A segunda abordagem é a Lagrangeana, na qual as mudanças de concentração são descritas em relação ao movimento do fluido (Seinfeld e Pandis, 1998)..6. Equação Geral de Plumas Gaussianas Para entendimento da equação geral de plumas gaussianas, foi levado em consideração o desenvolvimento da expressão Lagrangiana básica para concentração. média: c ( x, t ) t t o = Q ( x, t, t ' ' ' ' Q ( x, t x, t ) S ( x, t ) dt x 0 0 ) ' c ( x dx ' 0, t 0 ) dx 0 + Equação 1 O primeiro termo do lado direito representa as partículas presentes em t 0, e o segundo termo do lado direito se refere às partículas acrescentadas das fontes entre t 0 e t. A Equação 1 é a relação Lagrangiana fundamental para a concentração. média de uma espécie em fluxo turbulento. A determinação de c(x, t), dado que c(x 0, t 0 ) e S(x, t), depende da avaliação da probabilidade de transição Q(x, t x, t ). Se Q fosse conhecido por x, x, t, a concentração média c(x, t) poderia ser computada simplesmente avaliando a Equação 1. No entanto, existem dois problemas substanciais ao se utilizar a Equação 1. Primeiramente, a equação se mantém apenas quando as partículas não sofrem reações químicas. Em segundo lugar, o conhecimento completo das propriedades da turbulência,

35 34 necessário para se conhecer Q geralmente não está disponível, exceto nas circunstâncias mais simples. Segundo o modelo de pluma gaussiana o cálculo consiste de fórmulas com base gaussiana, são importantes para aplicação prática e calculam a concentração dos poluentes emitidos por uma fonte fixa através da equação de pluma gaussiana (Equação ). = Q( x, y, z, t x0, y0, z0, t0) c( x0, y0, z0, t0) xdx0dy0 0 t c( x, y, z, t) dz Q( x, y, z, t x', y', z', t') xs( x', y', z', t') dt' dx' dy' dz' t 0 Equação A densidade de probabilidade de transição Q expressa fisicamente a probabilidade de uma partícula traçadora, que está em x, y, z, num tempo t, estar em x, y, z, num tempo t. Sob condições estacionárias, a turbulência homogênea Q tem a forma Gaussiana. Por exemplo, no caso de vento médio dirigido ao longo do eixo x, isto é, v = w = 0 e um domínio infinito; Q é dado pela Equação 3. Q( x, y, z, t x', y', z', t') 1 ( x x' u( t t')) exp σ xσ yσ z σ x ( y y') σ Equação 3 Onde as variâncias σ x, σ y, e σ z são funções do tempo de viagem, t t. Até esse ponto foi considerado um domínio infinito. Para aplicações atmosféricas, um limite em z = 0, ao nível do solo. Devido à barreira à difusão em z = 0, é necessário modificar a dependência de z de Q para considerar esse fato. Pode-se separar a dependência de z na Equação 4 escrevendo + ( z z') σ = 3/ (π ) y z 1 ( x x' u( t t')) Q x, y, z, t x', y', z', t') exp = πσ xσ y σ x ( y y') σ ( y Qz ( z, t z', t') Equação 4 Para determinar Q z (z, t z, t ) são enumeradas as seguintes possibilidades: 1. Forma do limite superior: (a) 0 z (b) 0 z H sem difusão através de z = H (isto é, camada de inversão)

36 35. Tipo de interação entre o material de difusão e a superfície: - reflexão total; - absorção total; - absorção parcial; Reflexão total z = 0 Assume-se que ao nível do solo z = 0, pode ser considerado o resultado de Concentração resultante de uma fonte hipotética em z = -z para outra fonte z = z na região z 0. Em seguida, Q z assume a forma da Equação 5. Equação 5 Absorção total z = 0 se o solo é um absorvedor perfeito, a concentração de material em z = 0 é zero. A forma de Q z pode ser obtida de forma idêntica pelo mesmo método de uma fonte de imagem em -z, com a mudança de Q agora se subtrai à distribuição da fonte em -z daquela para a fonte em +z. O resultado é dado pela Equação 6. Equação 6 O caso de absorção parcial z = 0, não pode ser tratado pela mesma abordagem da fonte de imagem, visto que algumas partículas são refletidas e algumas são absorvidas. Esse caso será brevemente considerado. Muda-se agora para o caso de uma fonte continua. A concentração média de uma fonte fixa contínua de força q, na altura h (reflexão total) sobre o solo (convencionalmente h representa a altura da fonte) é dado pela Equação 7. Equação 7 Como é feito usualmente, o interesse é no caso de pequena pluma, assim se avaliará a integral no limite de σ x 0 da integral referida na página 898, Equação (Seinfeld e Pandis, 1998). O resultado é dado pela Equação 8. Equação 8 ( ) + + = 1/ ) ' ( exp ) ' ( exp ) ( 1 ' ',, z z z z z z z z t z t z Q σ σ σ π ( ) + = 1/ ') ( exp ') ( exp ) ( 1 ' ',, z z z z z z z z t z t z Q σ σ σ π ( ) + + = ) ( exp ) ( exp exp.,, Z z y z y h z h z x y u q z y x c σ σ σ σ σ π ( ) + + = t Z z y x z y x t dt h z h z x y ut x q z y x c 0 /3 ' ) ( exp ) ( exp ') ( exp ) ( lim,, σ σ σ σ σ σ σ π

37 36 Para uma superfície absorvedora total em z = 0, o resultado é expresso pela Equação 9. c σ y q + ( ) y ( z h) ( z h) x, y, z exp x exp exp = π u. σ σ z σ yσ z Z Equação 9 Onde: c = Concentração do poluente nas coordenadas em x, y e z, g m -3 x = distância horizontal da emissão ao receptor (m) y = distância horizontal do ponto de medição a uma distância y da linha central da pluma (m) z = altura do receptor (m) q = taxa de emissão do poluente (g/s) σ y, σ z = Coeficientes de dispersão vertical e horizontal (m) u = velocidade média do vento na altura da chaminé (m/s) h = Altura efetiva de lançamento (m) A equação gaussiana é um recurso analítico simples da equação da difusão, na hipótese em que o vento e o coeficiente de difusão turbulenta são constates com a altura. No sistema de coordenas cartesianas (Figura 6), observa-se à distribuição gaussiana, ao longo do eixo da pluma. Figura 6 - Sistema de Coordenas Cartesianas

38 Coeficientes de Dispersão Correlações para σ y e σ z baseada na teoria de semelhança As variâncias das dimensões médias de pluma podem ser expressas em termos do movimento de partículas individuais liberadas da fonte. (Em um instante particular o contorno da pluma é definido pela estatística das trajetórias de duas partículas liberadas simultaneamente na fonte (não foi considerado o problema de duas partículas). Em um esforço para superar as dificuldades práticas para se obter resultados para σ y e σ z, Pasquill (in: Seinfeld & Pandis, 1998), sugeriu uma definição alternativa que retinha os aspectos essenciais da teoria estatística de Taylor, que é mais fácil para criar parâmetros em termos de quantidades Euleriana prontamente medidas. Conforme adotado por Draxler, American Meteorological Society e Irwin (in: Seinfeld & Pandis, 1998) a representação de Pasquill leva a: σ = σ.t. F Equação 10 y z v w y σ = σ.t. F Equação 11 onde σ v e σ w são desvios-padrão das flutuações da velocidade do vento nas direções y e z, respectivamente, F y e F z são funções universais de um conjunto de parâmetros que especificam as características da camada limite atmosférica. As formas exatas de F y e F z serão determinadas a partir de dados experimentais. As variáveis das quais se supõe que F y e F z sejam dependentes são: velocidade de fricção u *, o comprimento L de Monin-Obukhov, o parâmetro ƒ de Coriolis, a profundidade da camada de mistura z i, a escala de velocidade convectiva w *, a rugosidade superficial z 0, e a altura de liberação do poluente acima do solo h. As variâncias σ y e σ z são tratadas como coeficientes de dispersão empíricos, cujas formas funcionais são determinadas, casando a solução gaussiana com os dados. Desse modo, σ y e σ z de fato compensam efetivamente desvios de condições homogêneas estacionárias, que são inerentes à distribuição gaussiana presumida. Dos dois desvios padrões, σ y e σ z sabe-se mais sobre σ y. Primeiro, a maioria dos experimentos dos quais os valores σ y são deduzidos envolvem medições ao nível do solo. Tais medições fornecem uma indicação adequada de σ y, em que distribuições de Concentração vertical são necessárias para determinar σ z. Também, sabe-se que a z

39 38 expressão gaussiana para distribuição de concentração. vertical não é obedecida para liberações ao nível do solo. Assim, a adaptação de uma medida de distribuição vertical a uma forma gaussiana é muito mais difícil do que para a distribuição horizontal, em que a simetria lateral e uma forma gaussiana aproximada são boas suposições Correlações para σy e σz com base nas classes de estabilidade de Pasquill As correlações σ y e σ z, mais amplamente usadas, com base nas classes de estabilidade de Pasquill, foram àquelas desenvolvidas por Gifford (in: Seinfeld & Pandis, 1998). As correlações, comumente chamadas de curvas de Pasquill-Gifford, aparecem nas Figuras 7 e 8. Figura 7 - Coeficiente de dispersão horizontal (σ y ) (Seinfeld e Pandis, 1998) Para uso de fórmulas de dispersão é conveniente ter expressões analíticas para σ y e σ z como funções de x. Muitas das formas empiricamente determinadas podem, ser representados por expressões de lei de potência, y y r y σ = R. x Equação 1 r σ = R. x z Equação 13 z z

40 39 Figura 8 - Coeficiente de dispersão vertical (σ z ) (Seinfeld e Pandis, 1998) Tabela - Coeficientes nas dispersões de plumas gaussianas Fonte Tempo Médio Classe de Estabilidade Coeficiente (min) A B C D E F Pasquill-Gifford 10 R y 0,443 0,34 0,16 0,141 0,105 0,071 (Turner, 1969; Martin, 1976 r y 0,94 0,894 0,894 0,894 0,894 0,894 ASME (1973) 60 R y 0,40 0,36 0,3 0,31 r y 0,91 0,86 0,78 0,71 R z 0,40 0,33 0, 0,06 r z 0,91 0,86 0,78 0,71 Klug (1969) 10 R y 0,469 0,306 0,30 0,19 0,37 0,73 r y 0,903 0,885 0,855 0,764 0,691 0,594 R z 0,017 0,07 0,076 0,140 0,17 0,6 r z 1,380 1,01 0,879 0,77 0,610 0,500 Pasquill-Gifford 10 I y -1,104-1,634 -,054 -,555 -,754-3,143 (Turner, 1969) J y 0,9878 1,0350 1,031 1,043 1,0106 1,0148 K y -0,0076-0,0096-0,0076-0,0087-0,0064-0,0070 I z 4,679-1,999 -,341-3,186-3,783-4,490 J z -1,717 0,875 0,9477 1,1737 1,3010 1,404 K z 0,770 0,0136-0,000-0,0316-0,0450-0,0540 Aplicação restrita para não exceder a distância downwind em 10 Km (Hanna et al., 198) σ y (x)= R y x ry σ z (x) = R z x rz σ y (x) = exp[i y + J y ln x + K y (ln x) ] σ z (x) = exp [I z + J z ln x + K (ln x) ]

41 40 onde R y, R z, r y, e r z dependem da classe de estabilidade e do tempo médio. Alguns coeficientes de dispersão, geralmente usados, incluindo os de Pasquill-Gifford (P-G), estão resumidos na Tabela. Ambos os coeficientes de dispersão ASME e Klug podem ser expressos pelas Equações 1 e 13. Embora a correlação de σ y para os coeficientes P-G possa ser expressa na equação 1, a correlação para σ z requer uma forma de três parâmetros. [ I + J ln x K (ln( x)) ] σ z = exp z z + z Equação 14 Para σ y também a forma está na Tabela para as correlações de P-G. Os três conjuntos de coeficientes na Tabela são baseados em diferentes dados. Escolhendo um conjunto para uma aplicação particular, deve-se prestar atenção em usar o conjunto mais representativo das condições de interesse Determinação dos Coeficientes de Dispersão no Modelo Estatístico de Gauss Para utilização correta dos coeficientes de dispersão, se faz necessário estabelecer a estabilidade atmosférica incorporando considerações sobre turbulência térmica e mecânica. A turbulência mecânica é considerada pela velocidade do vento medida a 10 m de altura, e a turbulência térmica positiva e negativa são consideradas pela irradiação solar incidente e pela cobertura de nuvens, respectivamente. Tais critérios para estabelecer a classe de estabilidade atmosférica em um dado momento estão demonstrados na Tabela 3 (Pasquill citado em Turner, 1994, apud Kawano, 003). Este método dá indicações representativas para áreas rurais, mas é menos confiável para áreas urbanas. Esta diferença é devida primariamente à influência da superfície de uma cidade e da formação de efeitos de ilhas calor (Turner, 1994, apud Kawano, 003). Os meteorologistas dividem o céu em oito seções, a fim de avaliar o grau de cobertura por nuvens. Se quatro ou mais seções têm nuvens, considera-se céu nublado, se são três ou menos se considera claro (Lora, 00). Tabela 3 - Definição da Estabilidade Atmosférica segundo Pasquill-Gifford

42 41 Dia Velocidade do vento Radiação solar incidente Noite m/s (a 10 m) Levemente Claro ou pouco Forte Moderada Leve Nublado 4/8 Nublado 3/8 0 à A A-B B à 3 A-B B C E F 3 à 5 B B-C C D E 5 à 6 C C-D D D D > 6 C D D D D Fonte: Turner, Onde: A: muito instável B: moderadamente instável C: levemente instável D: neutra E: moderadamente estável F: muito estável.7. Elevação da pluma Outro parâmetro utilizado nos modelos de pluma gaussiana é a altura efetiva de lançamento do poluente (H), que corresponde à soma da altura física da chaminé (h) e altura de elevação da pluma ( H) como mostra a Equação 15. A altura de elevação da pluma é definida como a distância vertical entre o topo da chaminé e a posição em que a pluma assume a mesma direção do vento. Tal distância considera os efeitos de quantidade de movimento vertical devido à velocidade vertical de saída da pluma, e do empuxo térmico, no caso de gases lançados à temperatura diferente daquela do ar na descarga (Levantamento 005). H = h + H Equação Influência da Estabilidade A estabilidade da atmosfera pode ser definida como sendo a sua capacidade de resistir ou intensificar os movimentos verticais. Quando ela resiste aos movimentos verticais é chamada de atmosfera estável, quando intensifica os movimentos verticais é dita atmosfera instável ou convectiva, e quando é indiferente a qualquer tipo de movimento vertical é chamada atmosfera neutra. Através do perfil de temperatura potencial (θ) na vertical, pode-se determinar o grau de estabilidade da atmosfera, e cada tipo de

43 4 estabilidade atmosférica irá proporcionar uma melhor ou pior dispersão dos poluentes. A temperatura potencial pode ser definida como a temperatura que uma parcela de ar teria, se fosse trazida adiabaticamente de um determinado nível até o nível de 1000 mbar. O conceito de temperatura potencial está intimamente relacionado com o conceito de estabilidade estática, ou seja, um arranjo do fluido em que a porção mais leve fica acima da porção mais pesada. Assim, de duas parcelas com θ diferentes, aquela com maior θ será a mais leve (Lemes e Moura apud Moraes & Maliska, 001). Portanto, o perfil vertical de temperatura próximo ao solo é um dos fatores que mais influenciam a dispersão dos poluentes na atmosfera. Condições neutras são caracterizadas pela ocorrência de um perfil vertical de temperatura adiabático (aproximadamente constante com a altura). Essas condições ocorrem geralmente durante as transições do dia para noite e vice-versa, em dias nublados, ou com fortes ventos (com velocidades maiores do que 6 m/s). Em atmosferas neutras o aspecto da pluma assume uma forma cônica (caso B), conforme mostra a Figura 9. Nesses casos a turbulência pode ser considerada homogênea, com turbilhões de mesmo tamanho aproximadamente, atuando em todas as direções. Condições instáveis ou convectivas ocorrem durante o dia, com forte entrada de radiação (dias bastante ensolarados). Essas condições proporcionam uma forte mistura vertical dos poluentes provocada por movimentos convectivos organizados gerados pelo aquecimento solar da superfície (Carvalho apud Moraes & Maliska, 001). Em atmosferas convectivas, o aspecto da pluma assume uma forma serpenteante (caso A). Diversos estudos de observação e simulação revelaram a presença desses movimentos. Resultados obtidos por Lamb (in: Moraes & Maliska, 001), com um modelo de simulação de grandes vórtices (Large Eddy Simulation), mostraram bem esse comportamento. Condições estáveis são caracterizadas por um perfil superadiabático (aumento da temperatura com a altura). Quando a parcela de ar, ao elevar-se na atmosfera, encontrar ar circundante mais quente a sua tendência é descer. Em situações estáveis qualquer movimento vertical é inibido. Logo, a turbulência convectiva não está presente e a única turbulência atuante é a mecânica. O aspecto da pluma em uma atmosfera estável é tubular (caso C). Sob essas condições, com ventos fracos, o poluente pode viajar a grandes distâncias mantendo altas concentrações. Existem ainda situações mistas, onde o perfil de temperatura sofre uma inversão com a altura e a pluma pode ser, por exemplo, aprisionada nessa camada de inversão. É o

44 43 caso da fumigação (caso E), onde uma inversão de altura impossibilita a dispersão para altitudes mais elevadas, enquanto que na camada abaixo o perfil é instável. Dessa forma, o poluente é disperso em direção ao solo pelas correntes descendentes e os níveis de Concentração ao nível do solo podem ser bem altos. Esse tipo de condição ocorre geralmente pela manhã ou à noite. Outra situação bem próxima da fumigação é a chamada trapping. Nesse caso a atmosfera encontra-se em estado neutro e logo acima, na altura da pluma, uma camada de inversão se forma. Assim os poluentes mais uma vez são aprisionados e se dispersam em formato cônico (caso F). O inverso desse caso é a chamada condição do tipo antifumegante (caso D), onde uma inversão localizada abaixo da altura da chaminé impede que os poluentes cheguem ao solo (Moraes & Maliska, 001)..9. Fatores que influenciam a dispersão dos poluentes atmosféricos A dispersão dos poluentes atmosféricos, após serem emitidos por determinada fonte de poluição, ocorre por uma interação complexa entre as características físicas da fonte emissora, as características físico-químicas dos poluentes, as condições meteorológicas da região e sua topografia (World Bank in: Philippi Jr, 005). No caso de uma chaminé, por exemplo, a pluma de poluentes, ao ser emitida, possui, muitas vezes, uma tendência ascensional, em função de parâmetros do próprio efluente, das dimensões e características da chaminé (altura, velocidade de lançamento e temperatura) e da influência dos parâmetros meteorológicos no momento da emissão. Logo em seguida, a pluma adquirirá um movimento transversal paralelo ao solo, acompanhado de difusão em torno de sua linha central, que caracteriza o componente de difusão e transporte, conforme ilustra a (Figura 10) (Philippi Jr, 005).

45 44 Figura 9 - Influência da estabilidade da atmosfera na forma da pluma (Boubel et al. In: Moraes & Maliska, 001) Figura 10 - Dispersão esquemática da pluma

46 45 Os parâmetros meteorológicos são fundamentais para a dispersão dos poluentes. É um fator primário que determina o efeito de diluição da atmosfera. Normalmente, é necessário o levantamento da distribuição conjunta de classes de velocidade dos ventos e categorias de estabilidade atmosféricas para as diversas direções do vento. Essa matriz é utilizada como dado de entrada de diversos modelos (Derisio, 000). O movimento dos poluentes na atmosfera é determinado pelos seguintes fatores: Turbulência mecânica provocada pelo vento na instabilidade direcional e de velocidade; Turbulência térmica resultante de parcelas de ar superaquecido que ascendem da superfície terrestre, sendo substituídas pelo ar mais frio em sentido descendente; Topografia da região. A concentração resultante na atmosfera varia de acordo com o ponto no espaço em consideração, a quantidade e as condições de emissão e nos fatores citados anteriormente, somados aos fatores de chuva e condições de inversão térmica. Resumindo, a Concentração do poluente na atmosfera é função da quantidade e das condições de emissão, das condições meteorológicas e da topografia (Uehara, 003)..10. Altura de Mistura e Inversão Térmica A altura que se estende desde o nível do solo até a base de uma camada estável, uma região onde ocorre vigorosa mistura vertical é a altura de mistura. A inversão térmica é um fenômeno em que, a certa altitude, ocorre uma inversão algébrica do gradiente térmico da atmosfera (geralmente negativo). A camada de inversão é a camada de ar da atmosfera onde ocorre o fenômeno de inversão térmica. Esta camada é caracterizada pelas alturas de sua base e do seu topo e pela magnitude do gradiente térmico, sempre positiva (ABNT NBR 8969, 1985). Nos meses de inverno, sob condições de calmaria (ausência de ventos) e céu claro, ocorre perda de calor por radiação durante a noite, o que faz com que o ar em contato com o solo se resfrie e se torne mais denso do que a camada de ar imediatamente acima. Com o aumento da camada fira, os gases e fumaças poluídos ficam então presos na interface de uma camada quente e outra fria. A situação normal (queda da temperatura do ar com o aumento de altitude) é assim revertida, o ar frio ficando abaixo de uma tampa de quente

47 46 e poluído, o que gera o fenômeno da dita inversão térmica, que surge acompanhada de camadas de denso nevoeiro a baixa altitude (Hollanda et al., 1979, apdu Duchiade, 199)..11. Modelos de Dispersão de Pluma Gaussiana Gestão e Proteção da Qualidade do Ar Moreira & Tirabassi (004), descrevem que a gestão e a proteção da qualidade do ar pressupõem o conhecimento do estado do ambiente. Tal conhecimento envolve um aspecto propriamente cognitivo e um interpretativo. A rede de pesquisa, juntamente com o inventário das fontes de emissão, é de fundamental importância para a construção do quadro cognitivo, mas não do interpretativo. Na realidade, o controle da qualidade do ar requer instrumento interpretativo capaz de extrapolar no espaço e no tempo os valores medidos na posição dos analisadores. Enquanto a melhoria da atmosfera pode ser obtida somente com planos que reduzam as emissões e, então, com instrumentos (como o modelo matemático de dispersão na atmosfera) capazes de ligar a causa (a fonte) de poluição com o efeito (a concentração. do poluente) Modelo ISCST3 O modelo de dispersão ISCST3 (Industrial Source Complex - Short Term Version 3) é um modelo de pluma Gaussiana de estado estacionário que pode ser utilizado na avaliação de concentrações de poluentes e/ou nos fluxos de deposição a partir de uma grande variedade de fontes associadas a uma fonte industrial complexa. Nos Estados Unidos, o ISCST3 foi substituído pelo AERMOD, no Brasil, o mesmo ainda é recomendado especificamente com relação estudos de qualidade do ar, e prognóstico da área de influência. O modelo de dispersão ISCST3 da Agência de Meio Ambiente Norte Americana (EPA) foi projetado para suportar as opções de regulamentação dos modelos, conforme especificado nas diretrizes sobre os modelos de qualidade do ar (Ed. Revista). Algumas das habilidades da modelagem com o ISCST3 incluem: O modelo ISCST3 pode ser utilizado para modelar poluentes primários e emissões contínuas de poluentes tóxicos e perigosos;

48 47 O modelo ISCST3 pode lidar com fontes múltiplas, incluindo os tipos ponto, volume, área e cavidades abertas. Fontes lineares também podem ser modeladas como fontes de corrente de volume ou áreas alongadas; As taxas de emissão das fontes podem ser tratadas como constantes ou podem variar por mês, estação, horário ou outros períodos opcionais, tanto para uma única fonte ou para um grupo de fontes; O modelo pode considerar os efeitos de downwash aerodinâmicos devido à proximidade de edifícios com as emissões da fonte pontual; O modelo contém algoritmos para modelar os efeitos de deposição e remoção (através da deposição seca) de particulados grandes, bem como modelar os efeitos das remoções por precipitação para gases ou particulados; A localização de receptores pode ser especificada tanto em receptores em grade e/ou discretos, num sistema de coordenadas polares ou cartesianos; O ISCST3 incorpora os algoritmos de modelos de visualização de dispersão COMPLEX 1 para receptores em terrenos complexos. O modelo ISCTS3 utiliza dados meteorológicos em tempo real para considerar as condições atmosféricas que afetam a distribuição dos impactos da poluição do ar na área modelada; Resultados de saída (output) para Concentração, deposição total, e fluxo de deposição seca e/ou úmida. Segundo Negri (00), o modelo ISCST3 permite associar cenários climáticos próximos da realidade física, sendo utilizado tanto pela comunidade acadêmica como pelas agências nacionais e internacionais de controle ambiental. O cálculo de concentração de poluentes permite a obtenção de resultados nas escalas espacial e temporal, os quais são comparados posteriormente aos padrões vigentes no país (Resolução CONAMA nº 03/90). O modelo aceita dados de entrada de mais de 500 fontes simultâneas tipo pontual e área e gera cerca de mais de receptores na superfície. Os receptores são distribuídos dentro de uma grade cartesiana, cujas quadrículas aceitam áreas variáveis. Esse modelo permite incorporação das fontes pontuais equivalentes e as fontes áreas estabelecidas para as fontes móveis (veiculares) e agrícolas (queima de cana), por exemplo Modelo SCREEN De acordo com a EPA (1995), o modelo SCREEN3 foi desenvolvido para fornecer um método de simples manuseio para a obtenção de estimativas da concentração de

49 48 poluentes. Essas estimativas se baseiam no documento Procedimentos de Visualização para Estimativas do Impacto da Qualidade do Ar de Fontes Estacionarias. A versão SCREEN3 3.0 do modelo SCREEN pode fornecer todos os cálculos em curto prazo de uma única fonte, no documento de procedimentos de visualização da EPA, incluindo: Estimativa de concentrações máximas ao nível do solo e a distância até o valor máximo; Incorporação dos efeitos de building downwash nas concentrações máximas tanto nas laterais próximas como nas mais distantes regiões; Estimativa de concentrações na zona de recirculação de cavidade; Estimativa de concentrações devido à quebra de inversão e fumigação no litoral; Determinação da elevação da pluma para liberação dos gases de queimadores; Incorporação dos efeitos da simples elevação do terreno nas concentrações máximas; Estimativa de concentrações médias de 4 horas devido ao impacto da pluma em terreno complexo, por meio da utilização do procedimento de visualização de 4 horas, usando o modelo VALLEY; Modelagem de fontes de área simples utilizando uma abordagem de integração numérica; Pode ser usado para modelagem dos efeitos de fontes de volume simples usando um procedimento de fonte pontual virtual; Cálculo da Concentração máxima, a qualquer distância especificada pelo usuário em terreno plano ou elevado simples, incluindo distâncias até 100 km para transportes de longo alcance. Exame de uma ampla faixa de condições meteorológicas, incluindo todos os tipos de classes de estabilidade e velocidade eólica para calcular os impactos máximos; Inclusão dos efeitos da dispersão induzida pela força ascencional (buoyancyinduced dispersion (BID); Cálculo explícito dos efeitos de reflexões múltiplas da pluma tanto fora da inversão elevada como acima do solo; Quando calcula concentrações abaixo das condições limites da mistura; O modelo SCREEN3 não será capaz de realizar o seguinte:

50 49 Determinar explicitamente os impactos máximos a partir de múltiplas fontes, excetuando-se os procedimentos de manipulação de múltiplas fontes próximas, pela fusão das emissões em uma única chaminé representativa. Nota: À exceção da estimativa de 4 horas para impactos em terrenos complexos, os resultados do SCREEN3 são estimados para concentrações máximas de 1 hora. O modelo SCREEN foi desenvolvido para se obter a concentração de poluentes no nível do solo em regiões onde não existam dados meteorológicos disponíveis. Portanto, é de grande utilidade para a estimativa da concentração de poluentes em regiões carentes de informações. Apresenta resultados de concentração de poluentes superestimados, vinculados à classe de estabilidade atmosférica mais crítica. Contudo, no caso de disponibilidade de dados meteorológicos locais, o modelo SCREEN possibilita diretamente a entrada dessas informações. Tem como principal limitação a incorporação de apenas uma fonte pontual, não tendo a representação de fontes tipo área. Neste caso, as fontes móveis e agrícolas devem ser distribuídas na área típica. Com o advento e multiplicação dos computadores pessoais, muitos modelos foram desenvolvidos utilizando os métodos de diferenças finitas ou métodos de elementos finitos. Os modelos são desenvolvidos em parceria com Universidades e Instituições de Pesquisas Atmosféricas na linguagem de programação Fortran e divulgados no sistema Disk Operating System (DOS). Todos os modelos da USEPA são gratuitos e disponibilizados em seu site, após vários testes de laboratório, campo e computacional. Não são disponibilizados para o sistema operacional Windows. À medida que uma empresa se interessa em comercializar um modelo com interface gráfica para o sistema operacional Windows, é necessário que haja autorização da USEPA, porque ela é detentora dos direitos do programa fonte. A interface gráfica possibilita a utilização integrada, linguagem acessível, fácil entrada e modificação de dados, assim como visualização gráfica dos resultados.

51 50 3. METODOLOGIA 3.1. Dados de Entrada dos Modelos Os dados de entrada para o processamento do modelo foram cedidos pelas Indústrias Nucleares do Brasil (INB), Resende - RJ. O levantamento topográfico em torno da INB cujo raio foi de 1,7 Km utilizou-se a base de cartas topográficas digitais terrestre da Missão SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), (U.S. Geological Survey, 007). Embora este raio seja inferior a área de influência da empresa, os resultados obtidos evidenciaram valores baixos no limite desta área. As informações das edificações (altura, comprimento e largura) e das chaminés (diâmetro, altura, taxa de emissão, velocidade e temperatura de saída dos gases), Tabela 4, foram disponibilizados através dos desenhos de projeto e relatório de amostragem das chaminés. Uma foto aérea georeferenciada (Figuras 11 e 1) foi utilizada como forma de ilustrar o caminho percorrido pela pluma e o reconhecimento dos pontos de concentração na região de interesse, cuja escala é 1: Foi pré-processado um arquivo meteorológico para uso no ISCST3 com base de dados meteorológicos médios horários coletados pela torre meteorológica, no período de 006. Tabela 4 - Dados de Entrada do Modelo ISCST3 LOCALIZAÇÃO DA FONTE E CHAMINÉS PARÂMETROS DE LIBERAÇÃO Pó e Pastilha Secador Spray Coordenada UTM X [m] , ,84 Coordenada UTM Y [m] , ,63 Altura de liberação dos gases [m] 35 0 Taxa de emissão [g/s] 1,0 1,0 Temperatura de saída dos gases [K] 9,1 33 Diâmetro interno da chaminé [m] 1,6 0,48 Velocidade de saída dos gases [m/s] 18,1 8,5 Vazão de saída dos gases [m 3 /s] 36,39 1,54

52 51 Coordenadas da Torre Meteorológica em UTM Zona: 3 (W 48 para W 4) (Sul) Coordenada X [m] 53641,15 Coordenada Y [m] ,40 11 Receptores 1º GRADE CARTESIANA Eixo X Eixo Y Coordenada SW [m] Numero de pontos Espaço [m] Extensão [m] Receptores º GRADE CARTESIANA Eixo X Eixo Y Coordenada SW [m] Numero de pontos Espaço [m] Extensão [m] Engenheiro Passos INB Nhangapi R.P.D. Sentido S.P./R.J. Represa do Funil Figura 11 - Site da INB ao centro e região

53 5 T.M ADM. F.C.N F.P.P F.E.U Figura 1 - Fábrica do Elemento Combustível (FCN), Enriquecimento (FEU) de Urânio e Pó e Pastilha (FPP), Administração (ADM) e Torre Meteorológica (TM). 3.. Região Circunvizinha da INB Abrangendo um raio de até 4 Km do local de instalação da INB no município de Resende, a Área de Interesse Especial contempla cerca de 5 unidades rurais fronteiriças ao imóvel, incluindo hotéis na localidade de Engenheiro Passos e respectiva vila da COHAB (Resende). O município de Resende, com área de km, limita-se ao Norte com o Estado de Minas Gerais, ao Sul e a Oeste com o Estado de São Paulo. Nesta região, o tráfego de veículos na Rodovia Presidente Dutra (BR-116) apresenta um fluxo diário de aproximadamente veículos pedagiados, dos quais 57% veículos de passeio e 43% caminhões e ônibus. Itatiaia, antigo distrito de Resende, com área de 48 km, limita-se ao Norte com Minas Gerais, ao Sul com São Paulo, a Leste com Resende e a Oeste com Minas Gerais e São Paulo. No Vale do Paraíba Paulista, o município de Queluz, com 43 km, limita-se a Oeste com o Estado do Rio de Janeiro (Resende) e ao Norte com Minas Gerais. Com 316 km, o município de Areias limita-se com o Estado do Rio de Janeiro (Resende) e Queluz ao Norte, com Silveiras a Leste, a Oeste com São José do Barreiro e ao Sul com Cunha. O município de São José do Barreiro, com 710 km, limita-se ao Norte

54 53 com o município de Resende (RJ), a Leste com Bananal (SP), ao Sul com Cunha, a Oeste com Areias (SP) e a Sudeste com Paraty e Angra dos Reis (EIA/RIMA-INB, 1998) Área de influência A partir da caracterização técnica preliminar do empreendimento, a área de influência está definida em dois níveis: uma área de influência indireta que cobre os municípios de Resende, Itatiaia, São José do Barreiro, Areias e Queluz, analisada do ponto de vista geobiofísico em escala 1: e no contexto ecológico e sócio-econômico da região do médio Paraíba; e uma área de influência direta, ou área de interesse especial, definida como o entorno imediato do empreendimento nos municípios de Itatiaia, Resende e Queluz, analisada em escalas de 1: e mais e objeto de pesquisas diretas de campo (EIA/RIMA-INB, 1998) Recursos d água superficial da INB Os recursos d água superficial da INB compõem-se, principalmente, pelas águas da represa do Funil, o ribeirão da Água Branca e numerosos pequenos cursos d água locais, afluentes tanto do ribeirão como da represa. O reservatório do Funil é um corpo d água artificial construído na década de 60 com a finalidade de geração de energia elétrica. O rio Paraíba do Sul é, evidentemente, o principal tributário do reservatório do Funil, que também recebe a contribuição de inúmeros ribeirões, córregos e outros cursos menores, destacando-se os ribeirões Vermelho, Santana e Barreiro. A usina hidroelétrica do Funil, situada no município de Itatiaia/RJ, na divisa dos Estados do Rio de Janeiro e São Paulo, foi construída no final da década de 1960, com uma potência nominal de 10 MW, obtida através das suas três unidades geradoras. O lago formado ocupa uma superfície de 40 km, com capacidade para armazenar um volume de 890 milhões de m 3 de água na sua cota máxima de operação. O formato do reservatório é tentacular, com um canal central e dois braços secundários. A profundidade máxima é de 70 m nas proximidades da barragem, sendo a sua profundidade média de, m.

55 54 As águas do reservatório provêm, principalmente, do rio Paraíba do Sul, com pequenas contribuições de outros cursos d água, tais como os ribeirões Santana, Vermelho e Barreiro, todos com as nascentes em território paulista. O rio Paraíba do Sul alcança o reservatório com uma vazão média anual da ordem de 00 m 3 /s, após atravessar uma das regiões mais industrializadas do país e com elevada taxa de crescimento urbano. Sua bacia hidrográfica cobre uma superfície de km, a maior parte situada no Estado de São Paulo. Conforme a CETESB, o vale do Paraíba no Estado de São Paulo ocupa 31 municípios, sendo que os situados no médio vale do Paraíba apresentam alta densidade demográfica devido à estruturação das atividades econômicas em consonância com as facilidades locais e acessos viários Influência da Topografia A topografia influencia a dispersão dos poluentes por ocasionar variação na direção/velocidade do vento. A área da INB possui (Figuras 13 e 14), na sua parte leste, uma topografia essencialmente pouco acidentada, constituída por terrenos aplainados, em virtude de terem sido utilizados como áreas de empréstimo, quando da construção da barragem auxiliar de Nhangapi da represa do Funil. Na sua porção leste e sul, a área apresenta uma topografia ondulada, com altitudes variando de 450 a pouco mais de 600 m. A porção extremo leste da área está numa cota inferior a da crista da barragem, que é de 469,5 m. O local está situado na parte meridional da região geologicamente denominada Bacia de Resende. Ao norte, situa-se o maciço do Itatiaia, que constitui as grandes altitudes da região, atingindo cotas superiores a.500 m. Ao sul, ocorre uma faixa acidentada de terreno, com altitudes máximas variando entre 530 e 615 m.

56 55 Figura 13 - Curva de nível da região ao redor da INB Figura 14 - Visão tridimensional da topografia ao redor da INB

57 Meteorologia A partir dos eventos médios horários analisados e considerados válidos no período do ano de 006 (total de 8760 horas), (Gráfico 1 e ), foram concluídas as seguintes observações: Eventos Calmos - 0,41 % (36); Classe de Estabilidade (A), eventos observados durante condições fortemente instáveis - 1, % (105,1); Classe de Estabilidade (B), eventos observados durante condições moderadamente instáveis - 7,3 % (640); Classe de Estabilidade (C), eventos observados durante condições ligeiramente instáveis - 10,1 % (885); Classe de Estabilidade (D), eventos observados durante condições neutras - 53,9 % (47); Classe de Estabilidade (E), eventos observados durante condições ligeiramente estáveis - 1,1 % (1060); Classe de Estabilidade (F), eventos observados durante condições moderadamente estáveis - 14,9 % (1305,4). Gráfico 1 - Distribuição da freqüência por classe de vento Os valores mostrados nas Figuras 15 e 16 em função do setor radial de direção do vento originam-se a rosa-dos-ventos observada no sítio da INB no período de 006,

58 57 analisado por velocidade do vento e classe de estabilidade, respectivamente. Assim, conclui-se eu o efeito da canalização, direção predominante Leste, baixa contribuição de ventos Norte e do Sul, velocidade média do vento,54 m/s e 0,41 % dos ventos são calmos. Gráfico - Distribuição da Freqüência por Classe de Estabilidade Figura 15 - Rosa dos Ventos

59 58 CLASSE DE ESTABILDADE Figura 16 - Rosa dos Ventos por classe de estabilidade As Tabelas 5 e 6 apresentam a distribuição das freqüências combinadas da velocidade e direção do vento por contagem e normalizada. Tabela 5 - Distribuição da Freqüência (Contagem) Direção do Vento 0,5 -,1,1-3,6 3,6-5,7 5,7-8,8 8,8-11,1 11,1 Total 348,75-11, ,5-33, ,75-56, ,5-78, ,75-101, ,5-13, ,75-146, ,5-168, ,75-191, ,5-13, ,75-36,

60 59 36,5-58, ,75-81, ,5-303, ,75-36, ,5-348, Sub-Total: Calmos: 36 Total: 8760 Tabela 6 - Distribuição da Freqüência (Normalizada) Direção do Vento 0,5 -,1,1-3,6 3,6-5,7 5,7-8,8 8,8-11,1 11,1 Total 348,75-11,5 0, , , ,5-33,75 0, , , , ,75-56,5 0, ,008 0, , , ,5-78,75 0,0934 0, ,0043 0, , ,75-101,5 0, , , , , ,5-13,75 0, , ,0300 0, , ,75-146,5 0, , , , , ,5-168,75 0,0854 0, ,0003 0, , ,75-191,5 0, , , , ,5-13,75 0, , , , ,75-36,5 0,008 0, , , ,5-58,75 0, ,0040 0, , ,75-81,5 0, , , , ,5-303,75 0,140 0,0107 0, , , ,75-36,5 0,0711 0, ,008 0, , ,5-348,75 0,0135 0, ,0317 Sub-Total: 0,99589 Calmos: 0,00411 Total: 1,00000

61 60 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO Com o objetivo de estimar concentrações de particulados totais em suspensão, levando em consideração dados de topografia e edificações no processamento do cálculo de dispersão de plumas em um tempo de exposição de 1 hora (cenário mais crítico - Caso Base) para emissão das chaminés da Fábrica de Pó e Pastilha (FPP) e Secador Spray (SS), foram processados no ISCST3 as médias aritméticas das concentrações horárias (isoconcentrações ou isopletas) deste período com diferentes cenários apresentados nas (Figuras 17, 18, 19 e 0).

62 61 A Figura 17 apresenta os resultados levando-se em consideração a influência das edificações, relevo e das duas chaminés em estudo, para material particulado, com resultados mais conservadores de 1 hora. Figura 17 - Concentração Máxima de MP para as chaminés FPP e SS, 470,9 µg m -3, Média 1 hora - Caso Base

63 6 A Figura 18 apresenta os resultados do processamento levando em consideração a presença das edificações e a ausência da topografia. Figura 18 - Concentração. Máxima de MP para as chaminés FPP e SS, 537,7 µg m -3, Média 1 hora (com edificações e sem relevo) Os perfis das concentrações, do processamento com a ausência da topografia e presença das edificações, indicaram circulações locais em torno dos prédios o que propicia o aumento das concentrações em áreas mais próximas dos prédios.

64 63 A Figura 19 apresenta os resultados do processamento levando em consideração a ausência das edificações e a presença da topografia. Figura 19 - Concentração Máxima de MP para as chaminés FPP e SS, 5,1 µg m -3, Média 1 hora (sem edificações e com relevo)

65 64 A Figura 0 apresenta os resultados do processamento levando em consideração a ausência das edificações e da topografia. Figura 0 - Concentração Máxima de MP para as chaminés FPP e SS, 153,4 µg m -3, Média 1 hora (sem edificações e sem relevo) A distribuição da concentração, do processamento com a ausência da topografia e das edificações, está diretamente condicionada à distribuição do campo de ventos em torno da INB.

66 65 As Figuras 1,, 3, 4, 5, 6, 7 e 8 apresentam os resultados de isoconcentrações de particulados totais em suspensão em um tempo de exposição de 1 hora (cenário mais crítico - Caso Base) por chaminé. Os perfis de concentração da Chaminé da Fábrica de Pó e Pastilhas, levando em consideração a presença da topografia e das edificações, estão apresentados na Figura 1. Figura 1 - Concentração Máxima de MP para a chaminé FPP, 107,3 µg m -3, Média 1 hora (com edificações e com relevo)

67 66 Os perfis de concentração da Chaminé do Secador Spray, levando em consideração a presença da topografia e das edificações, estão apresentados na Figura. Figura - Concentração Máxima de MP para a chaminé SS, 470,9 µg m -3, Média 1hora (com edificações e com relevo)

68 67 Os perfis de concentração da Chaminé da Fábrica de Pó e Pastilhas, levando em consideração a ausência da topografia e presença das edificações, estão apresentados na Figura 3. Figura 3 - Concentração Máxima de MP para a chaminé FPP, 36,5 µg m -3, Média 1hora (com edificações e sem relevo)

69 68 Os perfis de concentração da Chaminé do Secador Spray, levando em consideração a ausência da topografia e presença das edificações, estão apresentados na Figura 4. Figura 4 - Concentração Máxima de MP para a chaminé SS, 537,7 µg m -3, Média 1hora (com edificações e sem relevo)

70 69 Os perfis de concentração da Chaminé da Fábrica de Pó e Pastilhas levando em consideração a presença da topografia e ausências das edificações estão apresentadas na Figura 5. Figura 5 - Concentração Máxima de MP para a chaminé FPP, 107,3 µg m -3, Média 1hora (sem edificações e com relevo)

71 70 Os perfis de concentração da Chaminé do Secador Spray, levando em consideração a presença da topografia ausência das edificações, estão apresentados na Figura 6. Figura 6 - Concentração Máxima de MP para a chaminé SS, 3,4 µg m -3, Média 1hora (sem edificações e com relevo)

72 71 Os perfis de concentração da Chaminé da Fábrica de Pó e Pastilhas, levando em consideração ausência da topografia e das edificações, estão apresentados na Figura 7. Figura 7 - Concentração Máxima de MP para a chaminé FPP, 16,7 µg m -3, Média 1hora (sem edificações e relevo)

73 7 Os perfis de concentração da Chaminé do Secador Spray, levando em consideração a ausência da topografia e das edificações, estão apresentados na Figura 8. Figura 8 - Concentração Máxima de MP para a chaminé SS, 148,4 µg m -3, Média 1hora (sem edificações e relevo)

74 73 Com base nos resultados de concentração máxima da Tabela 7, a concentração integrada das chaminés é resultante da superposição das duas plumas a uma determinada distância das chaminés. No entanto, isso não representa o somatório da concentração das duas chaminés. Tabela 7 - Concentração Máxima de Material Particulado, Média de 1 hora - ISCST3 Figuras Identificação Conc. *Localização **Distância das Chaminés [µg m -3 ] UTM x e y [m] [m] Cenário Figura 17 FFP e SS 470, e ,5 184,0 Com relevo e com prédios Figura 18 FFP e SS 537, e ,3 100,1 Sem relevo e com prédios Figura 19 FFP e SS 5, e ,5 101,4 Com relevo e sem prédios Figura 0 FFP e SS 153, e ,3 764,9 Sem relevo e sem prédios Figura 1 FFP 107, e , Figura SS 470, e ,0 Com relevo e com prédios Figura 3 FFP 36, e ,9 Figura 4 SS 537, e ,1 Sem relevo e com prédios Figura 5 FFP 107, e , Figura 6 SS 3, e ,4 Com relevo e sem prédios Figura 7 FFP 16, e ,7 Figura 8 SS 148, e ,9 Sem relevo e sem prédios Pelo Gráfico 3, observa-se que o relevo e principalmente os prédios influenciam diretamente no aumento da concentração. Conseqüentemente, a ausência do relevo e em especial dos prédios evidenciam a redução da concentração. Gráfico 3 - Análise Gráfica das Figuras 17, 18, 19 e Concentração [mg/m 3 ] Com relevo e com prédios Sem relevo e com prédios Com relevo e sem prédios Cenários Pó e Pastilha e Secador Spray Sem relevo e sem prédios

75 74 No Gráfico 4, a distância de deposição da concentração máxima ratifica que o relevo e preponderante os prédios influenciam na distância de deposição do poluente próximo as instalações. Gráfico 4 - Análise Gráfica das Figuras 17, 18, 19 e 0 100,0 1000,0 Distância de Deposição [m] 800,0 600,0 400,0 00,0 0,0 Com relevo e com prédios Sem relevo e com prédios Com relevo e sem prédios Sem relevo e sem prédios Cenários Pó e Pastilha Secador Spray No cenário sem relevo e com prédios (Gráfico 4), observa-se também, que os prédios influenciam na distância de deposição do efluente gasoso do Secador Spray, depositando-se próximo da fonte devido a direção predominante do vento na saída da chaminé e de encontro com os prédios da fábrica de Pó e Pastilha. Os demais cenários (Gráfico 4) confirma-se que a distância de deposição da Concentração de máxima da chaminé da fábrica de Pó e Pastilha é menor que a do Secador Spray, sendo a vazão de saída dos gases, o principal fator que contribui para esse acontencimento. No Gráfico 5, consolida-se que a concentração máxima está diretamente proporcional a configuração da fonte e observa-se também que os prédios não influenciam na concentração máxima do efluente da fábrica de Pó e Pastilha.

76 75 Gráfico 5 - Análise Gráfica das Figuras 1,, 3, 4, 5, 6, 7 e Concentração [mg/m3] Com relevo e com prédios Sem relevo e com prédios Com relevo e sem prédios Sem relevo e sem prédios Cenários Pó e Pastilha Secador Spray A distância de deposição (Gráfico 6), confirma que a influência dos prédios sobre a concentração máxima é maior para a chaminé da fábrica de Pó e Pastilha. Observa-se também que os prédios não influenciam na distância de deposição da concentração máxima do efluente da fábrica de Pó e Pastilha. Gráfico 6 - Análise Gráfica das Figuras 1,, 3, 4, 5, 6, 7 e ,0 100,0 Distância de Deposição [m] 1000,0 800,0 600,0 400,0 00,0 0,0 Com relevo e com prédios Sem relevo e com prédios Com relevo e sem prédios Sem relevo e sem prédios Cenários Pó e Pastilha Secador Spray

77 76 A distância (Gráfico 6) onde é observada a concentração máxima (Gráfico 5) é inversamente proporcional à própria concentração. Ou seja, quanto maior a distância que a pluma percorre, maior será seu espalhamento nas direções y e z (vertical e horizontal), e com isso os poluentes serão diluídos. Conclui-se que um estudo preliminar antes da implantação de um empreendimento, que fará uso de uma chaminé para a dispersão de poluentes é de grande importância. Este estudo possibilitará indicar que, na direção predominante do vento, não deve haver obstáculos, como edificações e relevo acidentado, para a pluma poder percorrer um caminho livre e não formar regiões de estagnações, possibilitando assim a diluição dos poluentes. Levando em consideração o cenário completo de emissões, as figuras 9, 30, 31 e 3, evidenciam as médias aritméticas das concentrações de particulados totais em supensão para períodos curtos de exposição 1, 3, 1, 4 horas. O cálculo para períodos 3, 1 e 4 horas são médias aritiméticas da concentração horária desses períodos. Consequentemente, quanto maior o período menor é a concentração, por isso o período de 1 hora é o caso mais crítico. Média anual (Figura 33) é calculada a média horária durante um ano.

78 77 Figura 9 - Concentração Máxima de MP para as chaminés FPP e SS, 470,9 µg m -3, Média 1 hora - Caso Base

79 78 Figura 30 - Concentração Máxima de MP para as chaminés FPP e SS, 36,0 µg m -3, Média 3 horas

80 79 Figura 31 - Concentração Máxima de MP para as chaminés FPP e SS, 96,1 µg m -3, Média 1 horas

81 80 Figura 3 - Concentração Máxima de MP para as chaminés FPP e SS, 7,5 µg m -3, Média 4 horas