FATORES AMBIENTAIS E A EMISSÃO DE MATERIAL PARTICULADO NA CIDADE DE SÃO CARLOS - SP

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1 FATORES AMBIENTAIS E A EMISSÃO DE MATERIAL PARTICULADO NA CIDADE DE SÃO CARLOS - SP 1 Tatiane Tagino Comin, 2 Simone Andrea Pozza, 3 José Renato Coury 1 Bolsista de Iniciação Científica PIBIC/CNPq/UFSCar, discente do curso de Licenciatura em Química 2 Doutora em Engenharia Química pela UFSCar/SP 3 Professor do Departamento de Engenharia Química da UFSCar/SP 1,2,3 Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal de São Carlos. Rod. Washington Luís, Km 235, São Carlos - SP, CEP , Caixa Postal jcoury@ufscar.br RESUMO - A qualidade do ar ou nível de poluição do ar é determinada pela interação entre as fontes de poluição e a atmosfera e pelas condições meteorológicas locais, que influem na dispersão dos poluentes presentes (gases ou material particulado, MP). Este estudo objetivou analisar a correlação da concentração de material particulado respirável (MP 10 ) na cidade de São Carlos, localizada no centro do estado de São Paulo, com dados ambientais locais (temperatura, umidade relativa e precipitação) no período de setembro de 1997 a fevereiro de A concentração mássica de MP 10 foi obtida utilizando um Amostrador de Grandes Volumes (AGV), enquanto os dados ambientais foram obtidos junto a Embrapa (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária). O tratamento dos dados, realizado com os programas SPSS, plataforma R e Microsoft Excel, permitiu a análise da correlação cruzada entre as variáveis em estudo. Os resultados apontaram que todas as correlações entre os valores de MP 10 e das variáveis meteorológicas foram negativas. Palavras-Chave: material particulado, correlação cruzada, precipitação. INTRODUÇÃO O conhecimento dos níveis dos poluentes na atmosfera é fundamental para o entendimento de seus efeitos sobre o meio ambiente e à saúde do ser humano em geral, bem como para criar políticas de gerenciamento a fim de diminuir os índices de poluição como, por exemplo, o rodízio de automóveis adotado no município de São Paulo (SP). São raros os dados disponíveis sobre as condições atmosféricas e o impacto da emissão de material particulado (MP) nas diversas regiões do país. Aerossóis são formados pela conversão de gases a partículas ou por desintegração de líquido ou sólido. Podem também resultar da ressuspensão de material empoeirado ou dissolução de a- glomerados (Friedlander, 2000). Podem ser subdivididos de acordo com a forma física das partículas e seus métodos de geração (Hinds, 1998). Consideraremos material particulado, somente os sólidos em suspensão. É internacionalmente aceito que, os efeitos danosos da inalação de partículas estão relacionados ao tamanho das mesmas. Partículas menores são mais penetrantes no trato respiratório humano, com conseqüente prejuízo à saúde. É, portanto, adotado em toda a legislação pertinente a aerossóis a necessidade do monitoramento não só da quantidade de pó como também de seu tamanho médio. Para tal, é parte da legislação brasileira atual (CONAMA, 1990), a definição de uma fração do material particulado considerado mais danoso à saúde, definido como MP 10. A fração de MP 10 é constituída de partículas com diâmetro aerodinâmico médio menor que 10 µm, tamanho abaixo do qual é facilitada a penetração no sistema respiratório humano. A coleta de material particulado se faz, portanto, necessária e uma das formas de coleta é a realizada utilizando um Amostrador de Grandes Volumes (Hi-Vol), que consiste em uma bomba de sucção à vazão constante, permitindo coletar MP 10 (Bruno, 2005). Outro fator que se apresenta relevante na análise de MP é a climatologia do local de estudo. A região de São Carlos (SP) possui características peculiares, sendo possível separar as estações do ano em duas: Estação Seca (abril a setembro), a qual apresenta menor incidência de chuvas, e Estação Chuvosa (outubro a março), com maior precipitação pluviométrica (Pozza, 2005). Considerando a evidência de sazonalidade torna-se interessante estimar a tendência temporal do conjunto de dados ambientais coletados, sendo uma ferramenta muito importante tanto para a comunidade científica como para as autoridades e órgãos de fiscalização, pois assim é possível tomar providências quanto à emissão de poluentes antes das concentrações limites sejam atingidas ou mesmo criar redes de monitoramento (Stock & Watson, 1988). VIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica 27 a 30 de julho de 2009 Uberlândia, Minas Gerais, Brasil

2 METODOLOGIA As coletas das amostras de MP 10 foram realizadas no centro da cidade de São Carlos, na praça Voluntários da Pátria, e efetuadas de acordo com as normas brasileiras, em períodos de 24 horas durante dois dias por semana, aleatoriamente distribuídos durante os anos de 1997 a O local escolhido para a coleta é de grande fluxo de veículos e pessoas, intensa atividade comercial e alimentícia, além da possibilidade da vinda de material particulado de outros pontos da cidade, transportado pelo vento. As amostragens foram feitas utilizando um Amostrador de Grandes Volumes (AGV ou Hi-vol) que consiste numa bomba de sucção à vazão constante. Utilizou-se o modelo HV1200/MFC da marca GRASEBY-GMW, dotado de um cabeçote com separador inercial de um estágio, e um filtro. O ar entra pelo cabeçote, perfazendo 360º e as amostragens são feitas independentemente da direção do vento. O ar é então acelerado por nove bocais e é projetado para a câmara de impactação inercial, onde o material que possui diâmetro superior a 10 µm fica retido numa placa untada com graxa de silicone. O MP 10 é então coletado num filtro de fibra de vidro de dimensões 20 x 25cm 2 que possui eficiência de 99% sobre partículas de 0,3 µm de tamanho (Bruno, 2005). O AGV MP 10 puxa uma certa quantidade de ar ambiente através de um filtro, instalado dentro da camisola de abrigo, durante um período de amostragem de 24 horas (nominais). A vazão imprimida pelo aparelho, em torno de 1,13 m3/min, e a geometria de entrada da cabeça de separação favorecem apenas a coleta de partículas com diâmetro aerodinâmico 10 µm (Bruno, 2005). A duração de amostragem é controlada por um programador de tempo (timer com exatidão de pelo menos ± 15 minutos em 24 horas) e medida em um horarômetro. O filtro é pesado (após equilibração de umidade realizada em estufa) antes e após a coleta para se determinar o ganho líquido em peso (massa). O volume amostrado, corrigido para condições padrão (25ºC, 760 mmhg), é determinado a partir da vazão medida e o tempo de amostragem. E então a concentração em µg/m 3 é estimada. Os dados ambientais (ou meteorológicos) sobre temperatura (ºC), precipitação pluviométrica (mm) e umidade relativa (%) foram disponibilizados pela Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa), cuja estação meteorológica se localiza na cidade de São Carlos, tendo como coordenadas geográficas: latitude = 21 57'42"(S); longitude = 47 50'28"(W) e altitude = 860m. Dos valores disponibilizados sabe-se que a temperatura é a média diária entre a temperatura mínima e máxima registradas, a precipitação pluviométrica é também o valor diário enquanto a umidade relativa é a média entre os valores registrados nos três horários de medição: 9, 15 e 21 h. Os programas computacionais utilizados para o tratamento dos dados foram: R, SPSS e Excel. O R é uma linguagem ambiente para computação estatística e gráfica que disponibiliza uma grande variedade de técnicas estatísticas (modelagem linear e não linear, testes estatísticos clássicos, análise de séries temporais, classificação, métodos multivariados, técnicas gráficas etc). Um dos pontos fortes do R é a facilidade com que gráficos bem delineados e de alta qualidade para impressão podem ser produzidos com possibilidade de inclusão de fórmulas e símbolos matemáticos quando necessário. SPSS é um software aplicativo do tipo científico, acrônimo de Statistical Package for the Social Sciences - pacote estatístico para as ciências sociais. É uma poderosa ferramenta que permite realizar cálculos estatísticos, e visualizar os seus resultados, em poucos segundos. O Microsoft Office Excel é um programa de planilha eletrônica de cálculo, escrito e produzido pela Microsoft. Seus recursos incluem uma interface intuitiva e capacitadas ferramentas de cálculo e de construção de gráficos. RESULTADOS E DISCUSSÃO Inicialmente obtiveram-se os gráficos individuais das variáveis para verificar a existência de sazonalidade. Para a concentração de MP 10, (Figura 1) é claramente visível a tendência sazonal dos dados. As variações sazonais de concentração podem ser devidas a diferentes fatores. Um deles é a própria diferença meteorológica entre os meses e estações do ano. Porém, surpreendentemente, não foi observada tão delineada tendência sazonal nos gráficos para temperatura, precipitação e umidade relativa (Figura 2, 3 e 4, respectivamente). Este fato pode estar relacionado com a instabilidade climática da cidade de São Carlos, famigeradamente conhecida como Cidade do Clima, por não ter estações do ano bem definidas, tendo apenas estações seca e chuvosa (como supracitado na introdução).

3 Figura 1 Série temporal dos dados de concentração mássica de MP 10 (ug/m³) Figura 3 Série temporal dos dados de precipitação pluviométrica (mm) Figura 2 Série temporal dos dados de temperatura (ºC) Figura 4 Série temporal dos dados de umidade relativa percentual Após obtenção dos gráficos ilustrados acima, partiu-se para a análise de correlação cruzada objetivando determinar se duas variáveis independentemente medidas apresentavam tendência de se mover juntas no decorrer do tempo. O valor obtido em uma correlação é denominado coeficiente de correlação cruzada (representado por r ) e varia de -1 a 1, sendo calculado pela Equação 1:

4 Onde x e y representam as variáveis correlacionadas, sendo x i e y i os valores individuais enquanto x e y são as médias aritméticas. Os gráficos obtidos de correlação cruzada entre MP e as variáveis meteorológicas estão ilustrados nas Figuras 5, 6 e 7. (1) Figura 5 Correlação cruzada entre os dados de concentração de MP 10 (ug/m³) e temperatura (ºC) Figura 6 Correlação cruzada entre os dados de concentração de MP 10 (ug/m³) e precipitação pluviométrica (mm)

5 Figura 7 Correlação cruzada entre os dados de concentração de MP 10 (ug/m³) e umidade relativa percentual Nos gráficos de correlação cruzada, o eixo das abscissas, designado como intervalo, indica a defasagem no tempo entre duas variáveis distintas. Este parâmetro é importante, pois a relação entre duas variáveis não é necessariamente contemporânea, ou seja, dada a variação em uma variável a outra somente vai se modificar certo período mais tarde. Em outras palavras há uma defasagem de tempo entre as alterações dos dados. Portanto, quando uma variável está no período t, a outra está em período t - 1. O coeficiente de correlação entre variáveis em defasagem é chamado cruzado (Hinds, 1998). Através dos gráficos releva-se, em especial, o coeficiente quando o intervalo de defasagem é igual a zero, e para esta situação obtiveram-se os seguintes valores para a correlação cruzada entre: MP 10 X Temperatura média = -0,1844 MP 10 X Precipitação pluvial = -0,2528 MP 10 X Umidade relativa percentual média = -0,4683 CONCLUSÃO A obtenção de correlação negativa indica que as duas variáveis movem-se em direções opostas, portanto valores baixos de uma variável se associam a valores altos da outra. A relação entre elas fica mais forte quanto mais próximo de - 1 for o coeficiente. Assim, verifica-se que a umidade relativa é a variável de correlação mais forte com a concentração de material particulado. Os valores negativos de correlação estão coerentes com o esperado, pois, por exemplo, para o par MP 10 X Precipitação, um valor baixo para a concentração de material particulado se associa a um valor alto de precipitação, fato que condiz com a realidade visto que quando chove há maior dispersão dos poluentes atmosféricos e assim a concentração de MP diminui. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BRUNO, R. L., Material particulado atmosférico na cidade de São Carlos-SP: qualificação e identificação de fontes, PPG- EQ/UFSCar, São Carlos SP. (Tese de Doutorado), 187 p. CONAMA Conselho Nacional de Meio Ambiente, Resolução nº 003/1990. Disponível em < Acesso em: 15 ago FRIEDLANDER, S. K., Smoke, dust and haze: fundamentals of aerosol dynamics. 2nd Edition. Oxford University Press, 407 p. HINDS, W. C Aerosol Technology: properties, behavior and measurement airborne particles. 2nd Edition. John Wiley & Sons Inc., 483p. POZZA, S. A., Identificação das fontes de poluição atmosférica na cidade de São Carlos-SP., PPG-EQ/UFSCar, São Carlos SP. (Dissertação de Mestrado), 107 p. STOCK, J. H.; WATSON, M. W., Testing for common trends, J. Am. Stat. Assoc, 83,