tratamento de resÍduos sÓlidos e gasosos. transporte e dispersÃo de poluentes prof. reginaldo...

TRATAMENTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS E GASOSOS.

TRANSPORTE E DISPERSÃO DE POLUENTES

PROF. REGINALDO MILANI

TRANSPORTE E DISPERSÃO DE POLUENTES

• A DISPERSÃO DE UM POLUENTE, APÓS SUA EMISSÃO POR DETERMINADA FONTE DE POLUIÇÃO, OCORRE POR INTERAÇÃO ENTRE:

1. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA FONTE EMISSORA.2. CARACTERÍSTICAS FISICO-QUIMICAS DO POLUENTE.3. CONDIÇÕES METEOROLÓGICAS DA REGIÃO.4. TOPOGRAFIA DA REGIÃO.• POR EXEMPLO, UMA CHAMINÉ AO EMITIR UMA PLUMA DE

POLUENTES, TEM TENDÊNCIA ASCENCIONAL EMFUNÇÃO DE:

• PARÂMETROS DO PRÓPRIO EFLUENTE.• DIMENSÕES DA CHAMINÉ.• INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS METEOROLÓGICOS NO

MOMENTO DA EMISSÃO.

TRANSPORTE E DISPERSÃO DE POLUENTES

• EM SEGUIDA, A PLUMA ADQUIRE MOVIMENTO TRANSVERSAL ACOMPANHADO DE DIFUSÃO EM TORNO DA SUA LINHA CENTRAL.

y

z

h

x

(x, y, z)

TRANSPORTE E DISPERSÃO DE POLUENTES

• OS MOVIMENTOS HORIZONTAIS E VERTICAIS DAS MASSAS DE AR E A TURBULÊNCIA ATMOSFÉRICA SÃO RESPONSÁVEIS PELO TRANSPORTE E DISPERSÃO DO POLUENTE.

• AS REAÇÕES QUE OCORREM NA ATMOSFERA, JUNTAMENTE COM A SEDIMENTAÇÃO SÃO RESPONSÁVEIS PELA REMOÇÃO DAS PARTICULAS.

• AS PARTÍCULAS SÃO REMOVIDAS POR:

1. REMOÇÃO ÚMIDA PELA PRECIPITAÇÃO.

2. REMOÇÃO SECA PELA SEDIMENTAÇÃO.

3. REMOÇÃO SECA PELA DIFUSÃO OU IMPACTAÇÃO SOBRE VEGETAÇÃO E CONSTRUÇÕES.

TRANSPORTE E DISPERSÃO DE POLUENTES

• GASES SOLÚVEIS SÃO REMOVIDOS POR:

1. REMOÇÃO ÚMIDA PELA PRECIPITAÇÃO.2. ABSORÇÃO OU REAÇÃO NA SUPERFÍCIE TERRESTRE.3. CONVERSÃO EM OUTROS GASES OU PARTÍCULAS.4. TRANSPORTE PARA A ATMOSFERA.• OS MOVIMENTOS HORIZONTAIS DAS MASSAS DE AR –

PROVOCADAS PELAS GRANDES DIFERENÇAS PRESSÃO CAUSADAS PELAS DIFERENÇAS DE TEMP. E ROTAÇÃO DA TERRA.

• OS MOVIMENTOS VERTICAIS – PERFIL VERTICAL DE TEMPERATURA.

• AR SECO SE RESFRIA 1ºC A CADA 100 METROS• AR ÚMIDO SE RESFRIA 0,65ºC A CADA 100 METROS.

TRANSPORTE E DISPERSÃO DE POLUENTES

• QUANDO A TEMPERATURA AR NÃO VARIA COM A ALTITUDE DÁ-SE O NOME DE ISOTERMA.

• QUANDO A TEMPERATURA AR AUMENTA COM A ALTITUDE A SITUAÇÃO É CHAMADA DE INVERSÃO TÉRMICA.

• NESSAS CONDIÇÕES- MOVIMENTOS VERTICAIS REDUZIDOS – DISPERSÃO DOS POLUENTES NA VERTICAL INEXISTE.

• TAL CONDIÇÃO, ASSOCIADA À FALTA DE VENTOS HORIZONTAIS (CALMARIAS) – AUMENTO DOS NÍVEIS DE POLUIÇÃO.

TRANSPORTE E DISPERSÃO DE POLUENTES

• CONF. CALVERT (1984) EQUAÇÃO BÁSICA PROPOSTA COM BASE NA TEORIA GAUSSIANA, PARA MODELAGEM DA DISPERSÃO DE GASES E PEQUENAS PARTÍCULAS MOSTRA QUE A CONCENTRAÇÃO DE POLUENTE EM DETERMINADO PONTO OCORRE EM FUNÇÃO DE:

1. VAZÃO DE EMISSÃO DO POLUENTE.

2. ALTURA DA CHAMINÉ.

3. DISPERSÕES HORIZONTAIS E VERTICAIS.

4. VELOCIDADE MÉDIA DOS VENTOS.

TRANSPORTE E DISPERSÃO DE POLUENTES

TRANSPORTE E DISPERSÃO DE POLUENTES

• A CONCENTRAÇÃO DE DETERMINADO POLUENTE NA DIREÇÃO DO VENTO É:

• DIRETAMENTE PROPORCIONAL À TAXA DE EMISSÃO DA FONTE

• INVERSAMENTE PROPORCIONAL À VELOCIDADE MÉDIA DOS VENTOS

• INVERSAMENTE PROPORCIONAL AOS NÍVEIS DE DISPERSÃO HORIZONTAL E VERTICAL.

• INVERSAMENTE PROPORCIONAL À ALTURA DA CHAMINÉ.• INVERSAMENTE PROPORCIONAL À DISTÂNCIA ENTRE A

FONTE E O RECEPTOR.

TRANSPORTE E DISPERSÃO DE POLUENTES

• OS MODELOS PARA AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DO AR SÃO DIVIDIDOS EM QUATRO CATEGORIAS:

1. MODELOS GAUSSIANOS- SÃO OS DE USO GERAL PARA POLUENTES NÃO REATIVOS.

2. MODELOS NUMÉRICOS – USADOS PARA POLUENTES REATIVOS, COMO POR EXEMPLO, OZÔNIO.

3. MODELOS ESTATÍSTICOS – EMPREGADOS QUANDO NÃO SE TEM DADOS SOBRE TIPO DE POLUENTE (REATIVO OU NÃO).

4. MODELO FÍSICO – REQUER O USO DO TÚNEL DE VENTO OU OUTRAS INSTALAÇÕES PARA A MODELAGEM DE FLÚIDOS.

TRANSPORTE E DISPERSÃO DE POLUENTES

• A ESCOLHA DO MODELO MAIS ADEQUADO DEVE CONSIDERAR:

1. A COMPLEXIDADE METEOROLÓGICA DO LOCAL.2. TOPOGRAFIA DO LOCAL DA ANÁLISE.3. NÍVEL DE DETALHES.4. PRECISÃO DOS DADOS DA FONTE DE EMISSÃO.5. OS RECURSOS DISPONÍVEIS DE EQUIPAMENTOS E

PESSOAL.• APÓS A EMISSÃO, OS POLUENTES SE COMPORTAM DE

ACORDO COM OS PARÂMETROS METEOROLÓGICOS:• MOVIMENTOS HORIZONTAIS.• MOVIMENTOS VERTICAIS.• TURBULÊNCIA ATMOSFÉRICA.(RESPONSÁVEIS PELO

TRANPORTE E DISPERSÃO DO POLUENTE)

TRANSPORTE E DISPERSÃO DE POLUENTESPLUMAS

• O COMPORTAMENTO FINAL DE UMA PLUMA AO SAIR DA CHAMINÉ TEM DUAS COMPONENTES PRINCIPAIS:

1. ASCENSÃO DA PLUMA.2. DIFUSÃO E TRANSPORTE DA PLUMA.• TENDÊNCIA ASCENCIONAL – DITADA PELOS PARÂMETROS

DO EFLUENTE, DIMENSÕES DA CHAMINÉ E PARÂMETROS METEOROLÓGICOS.

• PLUMA IDEAL:1. PARTÍCULAS DE MAIOR PESO COMEÇAM A CAIR NO SOLO2. PARTÍCULAS FINAS, CONTINUAM A SUBIR ATÉ PERDER A

ENERGIA CINÉTICA E CAIR NO SOLO.3. RESTAM AS PART. QUE SE COMPORTAM COMO GASES,

ADAPTAM-SE AO PROCESSO DE DISPERSÃO DESTES.

TRANSPORTE E DISPERSÃO DE POLUENTESPLUMAS

• SERPENTEANTE – (LOOPING) – ALTA INSTABILIDADE.

TRANSPORTE E DISPERSÃO DE POLUENTESPLUMAS

• CÔNICO ( CONING) – CONDIÇÃO CÔNICA (NEUTRA).

TRANSPORTE E DISPERSÃO DE POLUENTESPLUMAS

• TUBULAR (FANNING) – CONDIÇÃO TUBULAR (INVERSÃO TÉRMICA

TRANSPORTE E DISPERSÃO DE POLUENTESPLUMAS

• FUMEGANTE (FORMIGATION)- CONDIÇÃO FUMEGANTE (ROMPIMENTO DA INVERSÃO TÉRMICA)

TRANSPORTE E DISPERSÃO DE POLUENTESPLUMAS

• ANTIFUMEGANTE ( LOFTING) – CONDIÇÃO ANTIFUMEGANTE.

TRANSPORTE E DISPERSÃO DE POLUENTESPLUMAS

• TRAPPING – CONDIÇÃO NEUTRA OU LEVEMENTE ESTÁVEL ABAIXO DA INVERSÃO.

CÁLCULO DA ASCENÇÃO DA PLUMA- ALTURA EFETIVA DA CHAMINÉ

A DISPERSÃO INICIA COM UMA ALTURA FICTÍCIA ACIMA DA FONTE, DENOMINADA ALTURA EFETIVA DA CHAMINÉ (∆h)

hG – ALTURA GEOMÉTRICA DA CHAMINÉ

h

hg

z

x

CÁLCULO DA ASCENÇÃO DA PLUMA- ALTURA EFETIVA DA CHAMINÉ

• TENDÊNCIA ASCENCIONAL DA PLUMA AO SAIR DA CHAMINÉ. CRIA AQUILO QUE CHAMAMOS DE ALTURA DE PLUMA EFETIVA:

• hef = hG + ∆h

onde:

hG – altura geométrica da chaminé.

∆h – ascensão da pluma (altura de elevação da pluma

em relação ao topo da chaminé).

CÁLCULO DA ASCENÇÃO DA PLUMA- ALTURA EFETIVA DA CHAMINÉ

• FÓRMULA DE DAVIDSON-BRYANT:

∆h = d ( Vs/v )1,4x ( 1 + ∆t/Ts).

ONDE:

d = DIÂMETRO INTERNO DA CHAMINÉ

Vs = VELOCIDADE EFLUENTE NA SAÍDA DA CHAMINÉ(m/s)

v = VELOCIDADE DO VENTO ( m/s).

∆t = TEMPERATURA DO GAS NA CHAMINÉ MENOS A

TEMPERATURA AMBIENTE ( ºk)- K = ºC + 273

Ts= TEMPERATURA DO GAS NA SAIDA DA CHAMINÉ (ºk)

CÁLCULO DA ASCENÇÃO DA PLUMA- ALTURA EFETIVA DA CHAMINÉ

• B - FÓRMULA EMPÍRICA DE HOLLAND (1953):

• ∆h ( máx) = Vs.d/v .(1,5 + 2,68. 10-3 .p ∆t/Ts .d• Onde: p = PRESSÃO ATMOSFÉRICA ( mb) NESSA FÓRMULA INTERVÉM:• ENERGIA CINÉTICA.• ENERGIA TÉRMICA.• NÃO CONSIDERA A ESTABILIDADE ATMOSFÉRICA.• OBS: PARA CONDIÇÕES INSTÁVEIS, HOLLAND PROPÕE UM

ACRÉSCIMO DE 10-20% DE ∆h.• PARA CONDIÇÕES ESTÁVEIS, DIMINUI IGUAL QUANTIDADE.

CÁLCULO DA ASCENÇÃO DA PLUMA- ALTURA EFETIVA DA CHAMINÉ

• C- FÓRMULA DE BRIGGS:• UM GÁS AO SAIR DA CHAMINÉ É SUBMETIDO A FORÇAS DE

EMPUXO DE ARQUIMEDES. BRIGGS DEFINIU O PARÂMETRO DE FLUTUABILIDADE (BOUYANCE):

Fo = g/л Qo (1-T/Ts)

ONDE:

g = ACELERAÇÃO DA GRAVIDADE ( 9,8 m²/s).

T = TEMPERATURA DO AR AMBIENTE ( ºK)

Ts= TEMPERATURA DOS GASES NA SAIDA DA CHAMINE

Qo= VAZÃO VOLUMÉTRICA DOS GASES (m³/s).

CÁLCULO DA ASCENÇÃO DA PLUMA- ALTURA EFETIVA DA CHAMINÉ

• BRIGGS TB DEFINIU UMA DISTÂNCIA CRITICA X* A PARTIR DA CHAMINÉ. A PARTIR DESSA DISTÂNCIA A TURBULÊNCIA ATMOSFÉRICA AMBIENTE DOMINA A TURBULENCIA DA EMISSÃO, DEFINIDA PELA EXPRESSÃO:

• X* = 2,16. Fo2/5. hG3/5 para hG < 305 metros.

• X*= 67. Fo2/5 para hG > 305 metros.

• ONDE: hG = ALTURA GEOMÉTRICA DA CHAMINÉ, EM METROS.

CÁLCULO DA ASCENÇÃO DA PLUMA- ALTURA EFETIVA DA CHAMINÉ

• BRIGGS:• CONDIÇÃO GERAL A: PARA PLUMAS ONDE PREDOMINA A

FLUTUABILIDADE ( Ts > T)

∆h = 1,6 . Fo1/3. X*2/3/ v ONDE: Fo =FLUXO EMPUXO.

CONDIÇÃO GERAL B: PARA PLUMAS ONDE PREDOMINA A VELOCIDADE DE SAIDA NA CHAMINÉ ( Ts ≈ T)

∆h = 2,3 FM1/3. v -2/3. X1/3

ONDE: FM = FLUXO DE MOMENTO

FM = v² . rs² ONDE : rs = RAIO DA CHAMINÉ (m).

DISPERSÃO E TRANSPORTE DE POLUENTES ATMOSFÉRICOS (DISPERSÃO HORIZONTAL)

• MODELO GAUSSIANO – BASEADOS NUMA EQUAÇÃO SIMPLES QUE DESCREVE UM CAMPO DE CONCENTRAÇÃO TRI DIMENSIONAL, GERADO POR UMA FONTE PONTUAL SOBRE CONDIÇÕES METEOROLOGICAS E DE EMISSÃO, ESTÁCIONÁRIAS .

y

z

h

x

(x, y, z)

EQUAÇÃO EMISSÃO PONTUAL CONTÍNUA OU CLÁSSICA UTILIZADA PARA CÁLCULO DAS CONCENTRAÇÕES EM UM

PONTO DE COORDENADAS ( X,Y,Z).

• EQUAÇÃO PARA CÁLCULO DA CONCENTRAÇÃO DE POLUENTE, ONDE:

C(X,Y,Z) = CONCENTRAÇÃO MÉDIA DO POLUENTE, A SOTAVENTO DO PONTO (g/m³)

X,Y,Z = DISTANCIAS DO PONTO NOS EIXOS DA PLUMA.

Q = VAZÃO DE LANÇAMENTO DO GAS(g/s).

V = VELOCIDADE MÉDIA DOS VENTOS (m/s).

H= ALTURA DA CHAMINÉ.

α = COEFICIENTE DE REFLEXÃO = 1

σy E σz = coeficientes de dispersão horizontal e vertical.

Cx y z

Qu y z

y

y

z H

z

z H

z, ,

exp²

exp²

.exp²

2 2 2 22 2 2

v

HIPOTESES SIMPLIFICATIVAS DO MODELO GAUSSIANO

1. A PLUMA APRESENTA DISTRIBUIÇÃO GAUSSIANA.2. NÃO CONSIDERA A DEPOSIÇÃO DO MATERIAL E REAÇÕES

DE SUPERFICIE.3. EMISSÕES UNIFORMES NO TEMPO.4. DIREÇÃO E VELOCIDADE DOS VENTOS CONSTANTES.5. NÃO CONSIDERA REAÇÕES QUIMICAS NA ATMOSFERA.6. CLASSE DE ESTABILIDADE CONSTANTE NA ATMOSFERA.7. PARA QUALQUER DISTANCIA, CONCENTRAÇÃO MÁXIMA

NO CENTRO DA PLUMA.8. CONSIDERA TODO MATERIAL LANÇADO SE CONSERVA – PORTANTO COEFICIENTE α = 19. CONSIDERA SITUAÇÃO ATMOSFÉRICA ESTACIONÁRIA, ISTO

É. EMISSÃO POLUENTE E PARÂMETROS METEOR. SÃO CONSTANTES.