recursos atmosfericos

Introdução a Engenharia Ambiental

Eng. Vinicius Braga Pelissari

Recursos Atmosféricos

Composição da Atmosfera Terrestre

Outros Gases

Neônio, Criptônio,

Hidrogênio,

Metano, Dióxido de

Nitrogênio

Outros Componentes

Vapor d‟água, Cristais

de Sal, Material

Particulado Orgânico

e Inorgânico

• Os gases tem papel fundamental nas reações químicas que ocorrem na

atmosfera – Química da Atmosfera;‟

• O vapor d‟água e as partículas sólidas em suspensão (núcleos

higroscópios) no ar tem fundamental importância no ciclo hidrológico

(fenômeno da coalescência).

O Meio Atmosférico

As Camadas da Atmosfera – Estratificação Térmica

Troposfera: caracteriza-se pelo rápido

decréscimo da temperatura com a altitude

(0,65°C por 100m) e pelo intenso

transporte vertical de contaminantes;

Estratosfera: aumento da temperatura

com a altitude e lento transporte vertical

de contaminantes - Ozonosfera;

Mesosfera: rápido decréscimo da

temperatura (-90°C);

Termosfera: Absorve baixos

comprimentos de radiação (N2 e O).

Importante para as telecomunicações.

O Meio Atmosférico

Variação da Pressão com a Altura na Atmosfera

O Meio Atmosférico

Movimentos de Grande Escala na ATM – Gradiente de Pressão

O Meio Atmosférico

Segundo a ABNT poluição do ar é a alteração da composição ou das

propriedades do ar por toda e qualquer forma de matéria e/ou energia,

estranha ou não a sua composição normal que possa ou venha a causar:

- danos á saúde do homem, fauna, flora e materiais;

- prejuízos a segurança, ao uso e gozo da propriedade, à economia e ao bem

estar da comunidade.

Substância µg/m3 ppm (em volume)

N2 8.95 10 780.900

O2 82.74 10 209.400

CO2 75.67 10 315

He 8.50 102 5,2

CH4 7.87 102 1,2

NOx 9.00 102 0,5

H2 4.13 101 0,5

sturavolumedami

antentavolumedecoppmãoConcentraç

min)(

sturavolumedami

antetamassadocon

mg

ãoConcentraçmin

)( 3

Poluição do Ar Atmosférico

A ATM é um reator químico no qual uma grande quantidade de espécies é

continuamente introduzida e removida numa grande ordem de escalas espaciais e

temporais.

Microescala meteorológica: Fenômenos ocorrem nas escalas de ordem até 100 m

como, por exemplo, a dispersão atmosférica de contaminantes provenientes de

chaminés ou de construções.

Mesoescala meteorológica: Fenômenos ocorrem nas escalas de 10 a 100 Km, onde

acontecem as brisas marinhas e terrestres, ventos de vales e montanhas e altas e

baixas pressões migratórias.

Macroescala meteorológica: Sinótica: fenômenos que ocorrem desde centenas a

milhares de quilômetros (por exemplo: zonas de alta e baixa pressão e frentes frias).

Global: fenômenos que ocorrem em escalas acima de 5 103km.

Escalas de Poluição do Ar Atmosférico

Escalas de Tempo e de Comprimento que ocorrem na ATM

Escala local

• Escala vertical do problema - 100 m

• Escala de tempo- horas

Escala Urbana

• Escala vertical do problema - 2km

• Escala de tempo- dias



Escala Regional

• Escala vertical do problema: troposfera

• Escala de tempo: meses

Escala Continental

• Escala vertical do problema: estratosfera

• Escala de tempo: anos



Escala Global

Escala vertical do problema: atmosfera

Escala de tempo: décadas


Os poluentes do ar são classificados em primários e secundários:

Os primários são aqueles lançados diretamente na ATM (SO2; NOX; CO e

particulados).

Os secundários formam-se na ATM por meio de reações que ocorrem devido à

presença de substâncias químicas e determinadas condições físicas. O SO3,

formado pelo SO2 e O2 no ar, reage com o vapor de água produzindo o ácido

sulfúrico (H2SO4).

• compostos de enxofre (SO2, SO3, H2S, sulfatos);

• compostos de nitrogênio (NO, NO2, NH3, HNO3, nitratos);

• compostos orgânicos de carbono (hidrocarbonetos, cetonas, ácidos orgânicos);

• monóxido de carbono e dióxido de carbono;

• compostos halogenados (HCl, HF, cloretos, fluoretos);

• material particulado (mistura de compostos no estado sólido ou líquido).

Principais Poluentes do Ar

Fontes Pontuais: São aquelas que, devido às pequenas dimensões da sua área

de lançamento, podem ser considerados um ponto em relação às demais fontes e

à região impactada (chaminés).

Fontes Não Pontuais: São aquelas que têm uma superfície significativa em

relação as demais fontes e à região impactada (pilhas de materiais; vias; solos

descobertos).

Principais Fontes Poluidoras

Fontes Fixas X Fontes Móveis


Principais Fontes Poluidoras do Ar

Monóxido de Carbono (CO): Composto gerado principalmente nos

processos de combustão de combustíveis fósseis (veículos). Combina-se com

a hemoglobina do sangue, ocupando o lugar do oxigênio, causando morte

por asfixia. A exposição prolongada pois produz efeitos nocivos nos sistemas

nervoso central, cardiovascular, pulmonar e outros.

Hidrocarbonetos: São gases e vapores de odor desagradável (similar à

gasolina ou diesel), irritantes dos olhos, nariz, pele e trato respiratório

superior (câncer), resultantes da combustão incompleta e evaporação de

combustíveis.

Óxidos de Nitrogênio (NOx): O dióxido de nitrogênio (NO2) é altamente

tóxico ao homem, aumentando a susceptibilidade às infecções respiratórias.

A principal fontes de óxidos de nitrogênio são os processos de combustão,

além de serem gerados por processos de descargas elétricas na atmosfera.

Efeito dos Poluentes

Óxidos de Enxofre (SOx): São produzidos pela queima de combustíveis que

contenham enxofre em sua composição. O dióxido de enxofre (SO2), mesmo

em concentrações muito baixas, provoca espasmos passageiros dos músculos

lisos dos bronquíolos pulmonares. Pode aumentar a incidência de rinite,

faringite e bronquite.

Dióxido de Carbono (CO2): principal composto resultante da combustão de

combustíveis fósseis e de outros materiais combustíveis que contenha

carbono. O CO2 é um dos responsáveis pelo efeito estufa.


Material Particulado (MP): São as partículas de material sólido e líquido

capazes de permanecer em suspensão, como é o caso da poeira, fuligem,

partículas de óleo e pólen. O MP pode ser classificado, de acordo com o

tamanho das partículas em: partículas totais em suspensão (PTS) e partículas

inaláveis. As partículas totais em suspensão são, a grosso modo, todas as

partículas menores do que 100 microns (um mícron é a milésima parte do

milímetro). As partículas inaláveis podem ser classificadas como PM10 e

PM2,5. As partículas inaláveis causam irritação nos olhos e garganta,

reduzindo a resistência às infecções, provocando doenças crônicas.


EXERCÍCIOS

1) Explique como os movimentos de massa horizontal e vertical ocorrem na ATM.

2) Quais os tipos de fontes de poluição atmosférica? Dê exemplo.

3) Diferencie poluente primário de poluente secundário.

4) Dentro da descrição e classificação de poluentes, suas fontes e efeitos que

possam causar a saúde dê exemplos dos seguintes compostos: a - H2S; b - H2SO4;

c - NH3; d – Nox; e - CO2.

5 - Com relação a material particulado, relacione o tamanho da partícula com o

impacto que a mesma poderá causar na saúde humana desde partículas grossas a

partículas ultrafinas.

6 – Explique as escalas de tempo e comprimento da poluição do ar.


Efeito Estufa

• Processo natural responsável por manter a temperatura média do planeta

próxima dos 15°C em virtude da presença dos chamados “gases estufa” (CO2,

metano, óxido nitroso, CFC, ozônio, etc.).

• A emissão de gases em grande quantidade pelo homem aumenta a quantidade

de energia mantida na ATM devido a absorção do calor refletido ou emitido pela

superfície do planeta, o que provoca a elevação da temperatura da Terra (ATM

natural x gases estufa).

• Supõe-se que, além de provocar modificações climáticas, o aquecimento da

terra pode causar a elevação do nível dos oceanos, afetando todas as formas de

vida.

Poluição Global

Efeito Estufa

Poluição Global

Na ECO-92 e Kyoto-97 foi desenvolvido o “Clean Development Mechanism –

CDM visando a diminuição dos gases estufa (controle do efeito estufa).

• Os países industrializados, por meio de compensação financeira a países

específicos em vias de desenvolvimento, ganham créditos para ultrapassar suas

cotas de emissão estabelecidas (1ton de carbono custará entre US$ 10 a US$ 100);

• Os recursos recebidos pelos países em desenvolvimento devem ser,obrigatoriamente, aplicados em projetos que promovam o “seqüestro de carbono”da atmosfera com a promoção de reflorestamentos. A madeira produzida nãopoderá ser utilizada como lenha nem em qualquer outra forma de combustão paraevitar o retorno do carbono seqüestrado a ATM;

• Os países em desenvolvimento deverão emitir os “Certificados de Redução de

Emissão de Carbono” para serem negociados com os países industrializados.

Efeito Estufa

Poluição Global

Camada de Ozônio

• A camada de ozônio (O3) da ATM situa-se entre quinze e cinqüenta quilômetros de

altitude, ela tem a capacidade de „filtrar‟ as radiações solares, impedindo que grande

parte das radiações ultravioleta chegue até a superfície do solo.

O O3 presente funciona

como um atenuador da

radiação ultravioleta,

utilizando a energia desse

tipo de radiação nas

reações químicas

Associadas aos processos

de formação e destruição

dele mesmo.

Poluição Global

• Os países desenvolvidos já estão se mobilizando no sentido de diminuir o uso

de CFCs. O principal evento neste caminho, foi o „Montreal Protocol on

Substances that Deplete the Ozone Layer‟ (UNEP 1987), onde foi assinado um

documento por vários países e estabeleceu um cronograma para diminuir o uso

de CFC no mundo.

• Os países desenvolvidos são responsáveis pelo uso de 67% do CFCs a nível

mundial. Em 1990 uma nova reunião em Londres decidiu pela eliminação total

dos CFCs até o ano 2000 nos países desenvolvidos e 2010 nos subdesenvolvidos.

Entretanto, isso não se verificou até o presente.

Camada de Ozônio

Poluição Global

• Os gases nitrogenados e sulfonados produzidos por uma série de atividades da

sociedade moderna reagem com o vapor d‟água na atmosfera produzindo ácidos

(nítrico e sulfúrico). Esses, por sua vez, precipitam-se nos solos pela ação da chuva.

- considera-se ácida a chuva que apresenta pH inferior a 5,6;

- chuvas em regiões industriais da Europa e EUA chegam a apresentar pH da

ordem de 3;

- na região amazônica já se verificam chuvas com pH de 4,7 devido à formação

de ácido sulfídrico proveniente da oxidação do H2S produzido nos alagados da

região ou à formação de ácidos orgânicos (fórmico e acético) na queima da

biomassa.

Chuva Ácida

Poluição Global

Problemas ocasionados pela chuva ácida

• Perdas de produtividade na agricultura provenientes

da acidificação de solos;

• Acidificação da água, principalmente em lagos e

reservatórios para o abastecimento e produção de

energia elétrica;

• Destruição de obras civis e monumentos.

• A chuva ácida deixa de ser local para ser global

quando emissões de uma determinada região

podem gerar deposições ácidas em outras (conflitos

internacionais). Estima-se que 50% da chuva ácida

do Canadá provem dos Estados Unidos.

Chuva Ácida

Poluição Global

Os problemas de poluição local são formados por episódios críticos de poluição

em cidades e dependem dos poluentes que são gerados e das condições

climáticas existentes para sua dispersão (smog industrial e fotoquímico).

• Smog é um termo que combina as

palavras “smoke” e “fog” (fumaça

e neblina).

• O smog ocorre quando a poluição

ocorre em combinação com gotículas

de vapor de água.

Poluição Local

Smog Industrial

• É típico de regiões frias e úmidas. Os picos de concentração ocorrem

exatamente no inverno, em condições climáticas adversas para a dispersão dos

poluentes.

• Esse tipo de smog predomina em regiões industriais onde é intensa a queima de

óleo. Seus principais componentes são o SO2 e o material particulado.

smog industrial x inversão térmica

Poluição Local

Smog Fotoquímico

• É típico de regiões ensolaradas, quentes, de clima seco. O principal agente

poluidor são os veículos que geram uma série de poluentes (NOx, CO).

• Esses gases sofrem várias reações na Atmosfera por efeito da radiação solar

(fotoquímico), formando novos compostos. Sua principal característica é a cor

avermelhada/marrom e seu pico de concentração ocorre por volta das 10 ou 12

horas.

Poluição Local

• Perfil térmico (adiabático) da atmosfera tem relação direta com a

capacidade de dispersão de poluentes por mistura vertical;

Gradiente de Temperatura Adiabático Seco = -1°C por 100m de altura

• Quando a temperatura da ATM

diminui mais rápido que a

adiabática, ela é dita

superadiabática. Se um poluente for

lançado numa certa altitude, a

tendência é que ele passe para uma

outra altitude, afastando-se da

posição inicial. Essa é a condição

desejada por dispersar rapidamente

os poluentes.

Dispersão de Poluentes na ATM

• Se a temperatura da ATM diminui

mais lentamente do que a adiabática, é

dita subadiabática, e nesse caso ela

tende a permanecer estável. Esta

situação não proporciona a mistura

vertical, dada a estabilidade do ar,

diminuindo o potencial de dispersão

da ATM;

• O caso extremo é quando a

temperatura da ATM aumenta com a

altitude (inversão térmica). Neste caso

a ATM é extremamente estável

(poluição aumenta).


As inversões térmicas ocorrem na

sua maioria por dois mecanismos:

por radiação e por subsidência.

• Inversão por Radiação: ocorre na

maioria das vezes no inverno. A

inversão ocorre em altitudes da

ordem de 100m. Esse tipo de

inversão não ocorre em dias

nublados.


• Inversão por Subsidência: ocorre em

altitudes maiores e dura alguns dias.

Deve-se ao fenômeno de subsidência

(correntes de ar descendentes)

formado pela diferença de pressão

existente entre grandes massas de ar

que se deslocam na ATM. As zonas

propícias para a formação dessas

correntes verticais descendentes

localizam-se próximas as latitudes de

30° norte e sul.


O estudo de como o meio atmosférico transporta e dispersa os

poluentes nele lançados está relacionado com o estudo da pluma de

poluentes emitidos por uma chaminé.

Desprezando-se as diferenças de densidades entre os poluentes e o ar,

a velocidade de saída dos poluentes da chaminé e a sedimentação dos

poluentes (MP), a forma da pluma de poluentes emitidos por uma

chaminé pode ser classificada de acordo com o perfil de temperatura

da atmosfera:


A pluma do tipo looping ocorre numa situação em que o perfil térmico é

superadiabático (dias claros com muita insolação - muita turbulência). Os

turbilhões (eddies) dispersam rapidamente a nuvem de poluição. Locais

próximos a fonte podem ocorrer altos índices de poluição


A pluma conning ocorre quando o perfil é subadiabático (dias

nublados e com ventos moderados). Sua dispersão é menor que o da

pluma looping. Provoca o aumento da concentração de poluentes

nas proximidades do solo, em locais bem distantes da fonte.


A pluma fanning ocorre quando toda a massa de poluentes está contida

numa camada de inversão. A mistura vertical quase inexiste devido a

estabilidade do ar. A mistura horizontal é também muito pequena devido a

falta de ventos. Não provoca grandes concentrações em baixas altitudes.


A pluma lofting ocorre quando

o lançamento dos efluentes é

feito acima da camada de

inversão. Ocorre ao anoitecer,

quando a inversão por radiação

se inicia.

A pluma fumigation ocorre

pela quebra da inversão por

radiação, dura 30 a 60 minutos.


A pluma trapping ocorre quando os poluentes ficam retidos entre duas

camadas de inversão.

• No geral, chaminés localizadas em locais de clima quente e seco irão

exibir comportamento looping ao entardecer e, dependendo da sua altura,

lofting ou fanning nas primeiras horas da manhã. Em clima úmido e dia

nublado pode gerar condições para a pluma conning.


Além dos processos de mistura em função da turbulência vertical (temperatura),

ocorre o transporte horizontal, que depende do movimento dos ventos (advecção). O

movimento dos ventos depende de forças de pressão, da força de coriolis e de

forças de atrito.


A legislação brasileira de qualidade do ar segue muito de perto as leis

norte-americanas elaboradas pelo Environmental Protection Agency –

EPA (National Ambient Air Quality Standart – NAAQS).

Padrões de Qualidade do Ar

Nível de Atenção: decréscimo da resistência física e significativo

agravamento dos sintomas em pessoas cardíacas; pessoas idosas ou com

doenças cardíacas devem reduzir as atividades físicas e permanecer em

casa.


Nível de Alerta: aparecimento prematuro de certas doenças, além de

significativo agravamento de sintomas. Decréscimos da resistência física

em pessoas saudáveis; idosos e pessoas com enfermidades devem

permanecer em casa e evitar esforço físico. A população em geral deve

evitar atividades exteriores.


Nível de emergência: morte prematura de idosos e pessoas doentes.

Pessoas saudáveis podem acusar sintomas adversos que afetam sua

atividade normal; todas as pessoas devem permanecer em casa, mantendo

as portas e janelas fechadas. Evitar o tráfego.


Formas de Controle da Poluição do Ar

- Melhorar a eficiência dos sistemas de combustão;

- Substituir o combustível fóssil por outras fontes de energia;

- Queimar carvão liquefeito ou gaseificado em vez do carvão sólido;

- Desestimular o uso do automóvel particular e incentivar o uso do transporte

coletivo público;

- Implementar dispositivos nos veículos de transporte a fim de diminuir a

emissão do MP e;

- Remover o MP da fumaça emitida pelas chaminés.

Controle da Qualidade do Ar

- Precipitadores eletrostáticos: remove até 99,5% da massa total de

particulado, sem remover partículas finas;

- Filtros de manga ou de tecido: remove até 99,9% de particulado, incluindo

partículas finas;

Equipamentos de Controle da Poluição

- Separador ciclônico: remove de 50 a 90% de partículas grandes, mas

muito pouco do material médio e fino;

- Lavadores de gás: remove até 99,5% de particulado, mas não o material

fino. Remove de 80 a 95% de SO2.

Equipamentos de Controle da Poluição

EXERCÍCIOS

7) Explique o que é a destruição da camada de ozônio associada com as reações que

ocorrem entre o ozônio e os gases lançados na atmosfera.

8) Explique o que é efeito estufa. Em que condições ele pode ser considerado

maléfico? Quais são os mais conhecidos “gases estufas”?

9) Contextualize o termo “Crédito de Carbono”.

10) A contaminação de ambientes internos também é considerada um tipo de

poluição ambiental. Quais as características desse tipo de poluição?

11) Explique como o gradiente de temperatura da ATM relaciona-se com a

dispersão dos poluentes.

12) O que é inversão térmica.


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