EN-2416 Energia, meio ambiente e sociedade Poluição do ar, resíduos sólidos e poluição térmica Prof. Dr. João Manoel Losada Moreira Baseado no livro Energia e Meio Ambiente, R. A. Hinrichs e M. Kleinbach, Ed. Thomson, 2004.
Principais tópicos Propriedades e movimento da atmosfera Poluentes do ar e suas fontes Padrões de qualidade do ar Dispositivos de controle de emissões de automóveis Sistemas de controle de poluição de fontes estacionárias
Poluição do ar devido a energia A qualidade de vida depende de vários fatores: Saúde Bem estar Qualidade do meio ambiente Balanço delicado que existe entre a natureza e os produtos poluentes Poluição do ar nas regiões metropolitanas
Concentração dos gases no ar seco normal
Poluente Define-se como poluentes aquelas substâncias que são adicionadas pelo homem à atmosfera e que são tóxicas e irritantes para os animais, a vegetação ou ao homem. Alem dos gases, existem outras substâncias na atmosfera que são liberadas pelas plantas, pelo solo como poeira, folhas, etc.
Atmosfera A atmosfera tem uma espessura de 33 km e exerce uma pressão sobre nós. Pressão atmosférica é importante aos meteorologistas: Diferenças regionais de pressão faz com que massas de ar se desloquem da região de alta pressão para a de baixa pressão. A pressão é função da temperatura. Diferenças de temperatura causam diferenças de pressão que causam movimentos de ar ou ventos (circulação horizontal de ar)
Barômetro medidor de pressão
Variação da temperatura da atmosfera em função da altura Temperatura diminui com a altitude, Um pacote de ar irá subir até que sua temperatura se iguale à do ar circundante Uma região de inversão térmica acaba com o percurso ascendente.
Inversão térmica Causas da inversão térmica À noite a terra irradia energia e se resfria. A camada de ar próxima a superfície fica mais fria que a camada superior. Esta camada faz com que haja uma inversão térmica. A poluição emitida fica presa entre a superfície da Terra e a camada superior mais quente.
Circulação global de ar O sol aquece a região do Equador mais intensamente. O ar quente desta região sobe e se desloca para os polos. A medida que se aproxima dos polos, o ar se resfria e desce. Em consequência, o ar dos polos vem em direção ao Equador circulando sobre a superfície da Terra. Há, assim, um processo de convecção planetário. A rotação da Terra também afeta o movimento das massas de ar. Os padrões de circulação dispersam os poluentes em vastas regiões da Terra.
Poluentes do ar Os poluentes podem ser: Gases Particulados (partículas pequenas e sólidas) Aerossóis (gotículas de líquido dispersas em gás)
Principais poluentes Uma pessoa, em média, emite cerca de 1,5 kg/dia de poluentes na atmosfera nos EUA Monóxido de carbono Óxidos de enxofre Material particulado Óxidos de nitrogênio Hidrocarbonetos Quantidade semelhante aos resíduos sólidos emitidos por pessoa por dia (1 kg/dia) O nível de poluição em um local depende da: Quantidade de poluentes emitida Monitorados pela USEPA Condições de emissão (chaminé elevada, etc) Condições meteorológicas que favoreçam a dispersão
Poluentes naturais Emissões de vulcões Decomposição biológica Maresia dos oceanos Incêndios florestais Poluentes naturais poluem em escala global mais que os poluentes artificiais. Em regiões como cidades e distritos industriais, os poluentes artificiais predominam. A natureza fornece sorvedouros de poluentes: Absorção pelo solo, ar e água Oxidação e precipitação de particulados Poluentes permanecem na atmosfera por alguns dias (exceto o CO 2 )
Medidas de poluição atmosférica ppm partes por milhão (1 molécula de poluente por milhão de moléculas de ar (nitrogênio + oxigênio). μg/m 3 - massa de poluente por volume de ar. Pequenas quantidades de poluentes são tóxicas e fazem mal a saúde.
Monóxido de carbono É um gás incolor, inodoro e venenoso. Produzido pela combustão incompleta nos motores de automóveis. Ocorre quando não há ar suficiente (pouco oxigênio) no processo de combustão. As emissões passam a ser perigosas devido a alta concentração como ocorre no trânsito. Sintomas de envenenamento: falta de oxigênio, tontura, dor de cabeça e disturbios visuais. Exposições no trânsito: pode chegar a doses de 50 ppm a 100 ppm. Limite máximo permitido: 9 ppm ou 10000 μg/m 3.
Óxidos de enxofre Os principais óxidos de enxofre poluentes são SO 2 e SO 3 São provenientes da oxidação do enxofre presente no carvão (6% em peso). É um gás sufocante em concentrações acima de 3 ppm. Enxofre é emitido pela natureza e pelo homem Natureza: decomposição de matéria orgânica emitindo H 2 S odor de ovos podres, sulfatos da maresia. O ciclo do enxofre retira-o da atmosfera por meio da chuva e levao para o solo e os oceanos. Os danos na saúde são: Aumento da morbidez (taxa de doenças) e mortalidade (taxa de mortes). Chuva ácida
Efeitos na saúde provocados pelo dióxido de enxofre
Poluição em ambientes interiores
Combustíveis substitutos à gasolina situação em 1998 Quadros em amarelo já não são verdades!! Evolução tecnológica
Evolução dos limites de liberação para automóveis Limites de liberação em (g/milhas)
Sistemas de controle de poluição de fontes estacionárias Fontes estacionárias são aquelas fixas em algum local Ex.: uma usina termelétrica a óleo diesel. Métodos de controle de poluição Utilização de combustíveis com baixo teor de enxofre e ou de cinzas Remoção do enxofre do combustível antes da queima Remoção do particulado e óxido de enxofre após a combustão Mudanças de combustíveis ou potências de saída em resposta às exigências de qualidade do ar Diluição dos gases efluentes por meio do uso de chaminés altas e dos processos atmosféricos naturais
Sistema de controle de poluição (particulados) Um coletor inercial ou tipo ciclone. Enquanto o gás executa um movimento circular, as partículas mais pesadas colidem com a parede e e caem ao fundo, onde são coletadas e descartadas.
Sistema scrubber para remoção do SO 2 Reação no scrubber
Unidade de combustão em leito fluidizado O ar é forçado para cima na parte inferior, o leito de cinzas se torna fluidizado, isto é, os sólidos fluem como um líquido. O combustível sólido triturado, queimando no leito aquece as cinzas. A pedra calcária adicionada a mistura fluidizada reduz a quantidade de SOx emitida nos gases de combustão.
Custo crescente dos controles ambientais Controles de poluição representam pelo menos 1/3 do custo total de usinas termelétricas a carvão.
Emissão de gases do efeito estufa a partir de aterros de resíduos sólidos orgânicos
Resíduos sólidos Aproximadamente 1 kg/dia por habitante é gerado no Brasil 50,8 % são depositados de forma inapropriada (em lixões, vazadouros, etc) 22 % são depositados em aterros controlados. 27,2 % são depositados em aterros sanitários (Dados da Abrelpe) Política Nacional de Resíduos Sólidos Problemas: degradação ambiental, poluição, morbidade da população e emissão de gases do efeito estufa Uma solução: aproveitamento energético
Aterros emissões de metano oriundo de resíduos orgânicos
Configuração típica de um aterro sanitário O resíduo é depositado de forma controlada A camada de resíduos pode chegar a 60 m Isolação do meio ambiente
Deposição de resíduos
Emissão de metano Emissão passiva (A) e controlada (B)
Fases de emissão de gases em um aterro sanitário decomposição anaeróbia
Emissão de um aterro sanitário Caieiras SP O metano começa a ser emitido 6 meses após a deposição do resíduo orgânico Doutorado na UFABC (G. Candiani)
Poluição térmica
Poluição térmica Poluição térmica é a adição de calor indesejado ao meio ambiente, principalmente às águas naturais. Não há adição de sujeira mas uma alteração nas condições ambientais. Esta alteração modifica tem impacto nos seres vivos e na química do ambiente. Usinas térmicas de geração de eletricidade são as maiores fontes de poluição térmica. A eficiência de 33 % significa uma rejeição de calor pelo condensador de 67 % da potência gerada.
Necessidade de água em uma usina de 1000 MW Para manter um aumento de 8 C na água que alimenta um condensador, uma usina de 1000 MW necessita de 20 m3/s de água. Grande consumidora de água! Equivalente a uma cidade de 2 milhões de habitantes. Atualmente, nos EUA, metade dos usos de água é para a geração de eletricidade.
Resíduos térmicos de usinas termelétricas Parâmetros de calor de usinas térmicas de eletricidade (Btu/KWh)
Efeitos ecológicos da poluição térmica Diminuição da capacidade da água reter oxigênio Aumento da taxa de ocorrência de reações químicas Alterações nos padrões reprodutivos, comportamentais e de crescimento ao longo da cadeia alimentar Ocorrência de danos a longo prazo aos corpos de água naturais (incluindo a eutroficação)
Efeito da temperatura sobre o crescimento e produção de animais para alimentação
Estratificação de um lago durante o verão A usina bombeia água da parte mais profunda e libera na parte superior. Acaba trazendo nutrientes da profundidade e nitrogênio que favorecem a vida de plantas aquáticas adaptadas às altas temperaturas algas. Ao longo do processo ocorre a eutroficação e a eventual degradação acelerada do lago.
Torres de resfriamento Para evitar o aquecimento de corpos de água utiliza-se torres de resfriamento. O calor é dissipado na atmosfera.
Torre de resfriamento Para evitar aquecimento de corpos de água, utiliza-se torres de resfriamento Vapor d água O calor é dissipado na atmosfera
Fim