poluição do ar luís miguel nunes universidade do algarve faculdade de ciências do mar e ambiente...

Poluição do Ar

Luís Miguel NunesUniversidade do AlgarveFaculdade de Ciências do Mar e AmbientePortugal

Engenharia do Ambiente

Poluição do Ar

1.Definições

2.Transformação de Unidades

C.P. - Definições

Aerossóis - partículas sólidas ou líquidas em suspensão num meio gasoso, com uma velocidade de queda irrelevante e cujo tamanho excede normalmente o de um colóide (de 1 nanómetro a 1 micrómetro); Chaminé - conduta de direcção ou controlo da exaustão de fumos ou aerossóis de estabelecimentos industriais; Concentração excessiva - concentração provocada por efeitos aerodinâmicos criados pela fonte emissora ou por obstáculos, naturais ou artificiais, que seja, pelo menos superior em 40% à concentração verificada na ausência dos referidos efeitos aerodinâmicos; Emissão difusa - qualquer emissão de poluentes para a atmosfera que não é feita através de um dispositivo preparado para dirigir ou controlar; Fonte de emissão - ponto de origem, fixo ou móvel, de poluentes atmosféricos; Fumos - efluentes gasosos que contenham emissões sólidas, líquidas ou gasosas, exprimindo-se o respectivo caudal volúmico em metros cúbicos por hora (Nm3/h), às condições de temperatura e de pressão normais, 0C e 101,3 kPa, após dedução do teor de vapor de água;

C.P. - Definições

Mediana - corresponde, numa série ordenada de N valores de concentração de um dados poluente, arredondado ao micrograma por metro cúbico mais próximo, ao valor de ordem K calculado a partir de K = inteiro (0,5 N) + 1; Normas de emissão - normas que estabelecem os valores máximos de emissão de poluentes atmosféricos provenientes de fontes de emissão fixas ou móveis; Normas da qualidade do ar - normas que estabelecem os valores limites e valores guias das concentrações de poluentes atmosféricos no ar ambiente; Percentil - corresponde, numa série de N valores de concentração de um dado poluente, arredondado ao micrograma por metro cúbico mais próximo e ordenados por ordem crescente, ao valor de ordem K calculado a partir de K = inteiro (P / 100 N) + 1, em que P é o percentil;

Poluentes atmosféricos - substâncias ou energia que exerçam uma acção nociva susceptível de pôr em risco a saúde humana, de causar danos aos recursos biológicos e aos ecossistemas, de deteriorar os bens materiais e de ameaçar ou prejudicar o valor recreativo ou outras utilizações legítimas do ambiente; Próxima - a distância que se encontra num raio de até cinco vezes a menor dimensão (altura ou largura) de uma estrutura, desde que não seja superior a 500 m;

C.P. - Definições

Valor guia da qualidade do ar - concentração no meio receptor de um determinado poluente atmosférico, a qual serve como ponto de referência para estabelecer regimes específicos em determinadas zonas, com vista à protecção, a longo prazo e com uma suficiente margem de segurança, da saúde humana, do bem-estar das populações da qualidade do ambiente; Valor limite de emissão - concentração ou massa de poluentes contidos nas emissões provenientes das instalações, que não deve, durante um período determinado, ser ultrapassada; Valor limite da qualidade do ar - concentração máxima no meio receptor para um determinado poluente atmosférico, cujo valor não pode ser excedido durante períodos previamente determinados, com vista à protecção da saúde humana e preservação do ambiente.

Condições Standard para Volumes de Gases - Um metro cúbico normal (Nm3) é a expressão métrica do volume de um gás nas condições standard de pressão e temperatura, i.e., a 0 ºC e 1 atmosfera (101,3 kPa).

As concentrações de poluentes gasosos na atmosfera são expressas, quer como massa por unidade de volume (e.g., mg/m3), quer como volume por unidade de volume (e.g., ppm ou ppmv). A determinação da massa por unidade de volume deve levar em consideração a temperatura e a pressão - ambas fazem variar o volume. As relações que permitem a interconversão entre as unidades de massa por volume e volume por volume são as seguintes:

em que M é a massa molar, V0 o volume molar de um gás ideal, 22,4 x 10-3 m3 mol-1 (a 273 K e 101,3 kPa); T0 = 273,15 K. Tenha sempre em atenção que a massa molar do gás deve ser representada nas mesmas dimensões das da concentração, por forma a manter a expressão homogénea.

C.P. – Conversão de unidades

M V mg mppmv =

V M ppmv = mg m

C.P. – Conversão de unidades

Exemplo: Considere-se a conversão de 20 mg/m3 de NO2 para ppmv a 25 ºC e pressão constante. A massa molar do NO2 é de 46,01 g/mol. Vem, então

Para converter de g m-3 para ppbv é suficiente usar unidades homogéneas nas expressões e alterar o expoente no último termo para 9. É evidente que para qualquer outra conversão entre unidades basta alterar o valor do expoente, desde que se mantenham unidades homogéneas.

ppmvxmolmgx

molmxmmgppmvmmg

6,1010106,10

1015,2730,2515,273

/1001,46/104,22/20:

C.P. – Efeito da altitude

A concentração de um poluente expresso em massa por unidade de volume de ar atmosférico ao nível do mar decrescerá com o aumento da altitude, como consequência do decréscimo da pressão (a evolução da temperatura não é tão regular, como veremos mais tarde). A variação da pressão com a altitude é dada pela expressão

em que a é a altitude em metros. A concentração a uma dada altitude, Ca, pode então ser calculada pela expressão,

desde que se mantenham as restantes condições.

1009877,0a

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

C(a)/C(0)

C.P. – Efeito da altitude

1009877,0a

a CC Pa = 0,9887 a/100

C.P. – Corrigir para gás seco

Se uma emissão é feita num efluente húmido com uma fracção de água, em volume, igual a w, então,

Em que Cs e Ch são a concentração equivalente para o gás seco, e a a concentração para o gás húmido, respectivamente.

Por exemplo:

Um efluente emitido com uma concentração de 40 ppmv num gás com 10%, em volume, de vapor de água tem

Cs = 40 / (1-0,1) = 44,44 ppmv

wCC hs

C.P. – Converter para teor em O2

Se uma emissão é feita num efluente com uma percentagem de volume de oxigénio, m, e se pretende converter para uma outra percentagem, r, então:

Com Cm e Cr as concentrações para m e r % de O2 no gás efluente, respectivamente.

Por exemplo:

Converter a concentração 45 ppmv (gás seco) de NOx num efluente com 5% de O2 para 8% de O2 (como exigido na legislação).

C8% = 45 . (20,9-8)/ (20,9-5) = 36,51 ppmv

)9,20()9,20(

mrCC mr

C.P. – Escalas de trabalho

Micro-escala (0-1 km)

Escala regional – mesoescala(10-1000 km)

Escala local (1-10 km)

Escala global (>1000 km)

EXOSFERAAtmosfera muito rarefeita com moléculas de gases escapando à gravidade da Terra

TERMOSFERAA temperatura sobe novamente a +500 ºC, por vezes mais

MESOSFERA

MESOPAUSA

ESTRATOSFERA

ESTRATOPAUSA

Avião supersónicoTROPOPAUSA

TROPOSFERAAviões de médio e longo cursoFenómenos atmosféricos

Superfície

C.P. – Estrutura vertical da atmosfera

Fontes estáticas e móveisTipo de geometria (pontual, área, volume, linha)Fontes compostasFontes directas e indirectasEmissões permanentes e instantâneas

C.P. – Tipo de fontes e emissões

Estáticas Móveis

C.P. – Tipo de fontes

Pontuais

Área/volume

Compostas

Directas x indirectas

Permanentes x Instantâneas

C.P. – Tipo de fontes - emissões

In: “Europe's Environment - The Dobris Assessment - Chapter 4”, EEA, 2001. Descarregado de http://reports.eea.eu.int/92-826-5409-5/en/page004new.html , em 13/09/02

A concentração de um poluente no receptor depende de:

Quantidade emitidaDispersão mecânica

e difusão molecularAlterações químicas

C.P. – Fontes/receptores

Fontes Receptores

Interacções atmosféricas

Emissões

Qualidade do ar

Comuns em ambientes urbanos dióxido de enxofre nitratos

matéria particulada sulfatosmonóxido de carbono chumbo

hidrocarbonetos fluoretosóxidos de azoto odores

oxidantes fotoquímicos

mat. org. polinuclear

Particularmente perigosos chumbo cádmio

mercúrio

asbestos

Fonte específica arsénio zinco

cloro (g) bárioácido clorídrico boro

cobre crómiomanganés selénio

níquel pesticidasvanádio subst. radioactivas

C.P. – Poluentes atmosféricos

Gases vestigiais

Saúde humana e efeitosnos materiais

Diminuição davisibilidade Efeito de estufa

Depleccção do ozono estratosférico

Nevoeiro fotoquímico

Deposição ácida

C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos

Gás Concentração média actual

Tempo de residência

médio

Efeito de estufa

Depleção do ozono

estratosférico

Nevoeiro fotoq.

Dep. ácida

Diminuição da visibilidade

CO2 350 ppm 100 anos + +/-

CH4 1,7 ppm 10 anos + +/-

NOx 10-3 - 103 ppb dias +/- + + +

N2O 310 ppb 170 anos + +/-

SO2 0,03 - 50 ppb dias a semanas - + +

CFCs 3 ppb (Cl) 60 - 100 anos + +

O3 20 - 100 ppb dias + +

COVs 1 - 100 ppb dias + +

Constituinte Características Efeitos na Saúde Humana e Materiais

Constituinte primário. Gás incolor com cheiro forte.

Irritante das mucosas das membranas a baixas concentrações, pode provocar tosse, fatiga, e interferência com a função pulmonar quando em concentrações elevadas. Danos graves nas plantas, ruptura da borracha, e corrosão dos metais ferrosos.

Gás castanho claro com odor a lixívia. Causa primária do nevoeiro acastanhado.

Irrita os olhos e nariz e pode causar aumento da susceptibilidade a doenças infecciosas. Restringe o crescimento das plantas.

Aerossóis

Partículas suspensas no ar, líquidas ou sólidas, de tamanho da ordem do mícron. A composição não é constante e normalmente não é completamente conhecida. Causa primária de redução da visibilidade em dias de nevoeiro.

Responsáveis pelo transporte de outros poluentes para o sistema respiratório (e.g., gases absorvidos).

Família de cinco compostos encontrados em concentrações reduzidas na atmosfera (ordem de algumas ppb quando comparado com 100 ppb do ozono).

Provocam danos graves nas plantas. Algumas espécies provocam irritação da vista. Os efeitos na saúde pública não são conhecidos, mas são provavelmente importantes e detrimentais.

Outras espéciesAcroleína, formaldeído, e um grande conjunto de outras espécies ainda não separadas nem caracterizadas.

Tetraclorometano

Tricloroeteno

Aquecimento global

In: "Climate Change 2001: The Scientific Basis”. Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais. Descarregado de: http://www.ipcc.ch/, em 12/09/02

C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV

Os cinco gases de origem antropogénica que mais contribuem para o aumento do efeito de estufa, e as respectivos contributos.

Gás de estufa Contribuição relativa (%)

CO2 55

CH4 26

O3 troposférico 9

CFCs 8

Principais gases raros, as suas características e impactes futuros no aquecimento global

C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global

(cont.)

Tendências de evolução da temperatura ambiente nos últimos 100 anos

In: "Climate Change and Biodiversity. IPCC Technical Paper V”. Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais. Descarregado de: http://www.ipcc.ch/pub/tpbiodiv.pdf em 12/09/02

Tendências de evolução da precipitação nos últimos 100 anos

In: “Analysis and comparison of national and EU-wide projections of greenhouse gas emissions. Topic report No 1/2002”.Martin Cames, Wolf Garber, Ann Gardiner, Jelle van Minnen, Bernd Strobel, Peter Taylor and Detlef van Vuuren European Topic Centre on Air and Climate Change. European Environment Agency. EEA, Copenhagen 2002

Previsões para acréscimos da temperatura ambiente entre o período 1961-1990 e 2071-2100

Previsão para o número de espécies de vertebrados ameaçadas de extinção por alteração do habitat

C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global: Consequências em Portugal

Evolução da temperatura média em Portugal continental nos últimos 70 anos

Climate Change in Portugal. Scenarios, Impacts and Adaptation Measures" (SIAM) - Recursos hídricos, In: "Alterações Climáticas em Portugal Cenários, Impactos e Medidas de Adaptação", 2006, Gradiva, ISBN: 989-616-081-3.

Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global

Evolução da temperatura média no sul de Portugal (Évora e Beja)

Evolução sazonal da precipitação

Evolução sazonal da precipitação - frequência

Inverno Verão Anual

Razão entre a precipitação no período 1961-1990 e 1931-1960

Índice Descrição 4.00 e acima Período de pluviosidade extrema 3.00 a 3.99 Período de pluviosidade severa 2.00 a 2.99 Período de pluviosidade moderada 0,50 a 1.99 Período de pluviosidade ligeira 0,49 a –0,49 Período de pluviosidade normal -0,50 a –1,99 Período de seca ligeira -2,00 a –2,99 Período de seca moderada -3,00 a – 3,99 Período de seca severa -4,00 ou menos Período de seca extrema

Índice de severidade da seca de Palmer (PDSI)

Exemplo do valor PDSI para o ano 2005

Modelos de previsão:

Modelo à escala global (HadCM)

Modelo à escala regional (HadRM)

Had: Hadley Centre for Climate Prediction and Research, UK

Modelo à escala global (HadCM)

Previsões para a evolução da temperatura máxima de Verão: HadCM (2071-2100)

Previsões para a evolução da temperatura na Península Ibérica: incerteza

Previsões para a evolução da precipitação no Verão: HadCM (2071-2100)

Modelo à escala regional (HadRM)

Previsões para a evolução da temperatura máxima de Verão: HadRM (2080-2100)

(1961-1990) (2080-2100)

Previsões para a evolução da temperatura mínima de Inverno: HadRM (2080-2100)

(1961-1990) (2080-2100)

Nº de dias

Previsões para a evolução do número de dias com T>35 ºC: HadRM (2080-2100)

(1961-1990) (2080-2100)

Previsões para a evolução da anomalia na precipitação: HadRM (2080-2100) versus (1961-1990)

(Inverno) (Verão)

Previsões para a evolução da precipitação em pontos de Portugal: Anomalias na precipitação

Previsões para a evolução da precipitação: HadRM (2080-2100)

Impactes previstos:

Floresta e biodiversidade Recursos hídricosAgriculturaEnergiaSaúde humanaZonas costeiras

Produção primária líquida (g C/m2.ano)

(Actual) (Cenário futuro)

Bioclimas

Risco de incêndiosO valor do SSR (Seasonal severity ratings). O valor deste indicador Quando superior a 7 indica um potencial de condições de fogo extremo muito elevado.

O SSR ratio indica a razão entre o valor futuro deste indicador face ao actual.

Previsão para o número de espécies de vertebrados ameaçadas de extinção por alteração do habitat (global)

Previsão do número de espécies afectadas (apenas Reserva Natural do Estuário do Sado)

Vulnerabilidade das áreas protegidas às alterações climáticas

Recursos hídricos

Recursos hídricos: Bacias hidrográficas

Escorrências superficiais previstas para os anos 2050 e 2100: HadCM3

A alimentação das barragens seráseriamente comprometida;

Os caudais ecológicos nos rios poderão não ser mantidos

Recargas de aquíferos previstas para os anos 2050 e 2100: HadCM3

(2050)

(2100)

Níveis piezométricos previstos para os anos 2005 e 2100Quaternário de Aveiro

Níveis piezométricos previstos para os anos 2005 e 2100: HadCM3

Bacia do Sado

Níveis piezométricos previstos para os anos 2005 e 2100: HadCM3

Aquífero Querença-Silves

Ozono estratosférico

C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – rarefacção da camada de ozono estratosférico

Principais clorofluorcarbonetos e outros halocarbonetos que afectam a camada de ozono estratosférica por fotodissociação e libertação de Cl desemparelhado

ções

In: “Ozone Bulletin and data”. Descarregado de: http://www.wmo.ch/web/arep/ozone.html em 12/09/02

Ozono estratosférico no hemisfério sul

Qualidade do ar troposférico

C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – Qualidade do ar troposférico

In: “Fact sheet: Air Quality Term 2001”. Eupean Environment Agency.Descarregado de: http://themes.eea.eu.int/ all_factsheets_box Em 12/02/02

C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – Qualidade do ar troposférico

In: “Fact sheet: “Air Quality Term 2001”. Eupean Environment Agency. Descarregado de: http://themes.eea.eu.int/all_factsheets_box Em 12/02/02

Directivas Comunitárias

Ozono troposférico

C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – Qualidade do ar troposférico - ozono

No 5º Programa de Acção na Área do Ambiente da União Europeia (5º EAP) ficou estabelecido que a UE seguiria os valores estabelecidos pela Organização Mundial de Saúde para a qualidade do ar.Os valores apresentados abaixo já reflectem as últimas actualizações desta organização.

Valores de referência para a qualidade do ar na UE - ozono

Threshold value set by

Description Criteria based on Value

WHO Protection of public health maximum of floating 8-h average concentration

120 g.m-3

Protection of agricultural crops of yield loss of 5%

accumulated ozone dose above a cut-off of 40 ppb (AOT40) for daylight hours (i.e. >50 W.m-2 potential global radiation) over 3 months (May-July)

3 ppm.h

Protection of natural and semi-natural vegetation

accumulated ozone dose above a cut-off of 40 ppb (AOT40) for daylight hours (i.e. >50 W.m-2 potential global radiation) over 3 months (May-July)

3 ppm.h

Protection of forest trees accumulated ozone dose above a cut-off of 40 ppb (AOT40) for daylight hours (i.e. >50 W.m-2 potential global radiation) over 6 months (Apr-Sept)

10 ppm.h

Evaluation of ecological risk

AOT40 values for receptor specific annual time periods should be average over 5 years

receptor specific values

Protection of sensitive species from short-term acute effects

accumulated ozone dose above a cut-off of 40 ppb (AOT40) for daylight hours (i.e. >50 W.m-2 potential global radiation) over 5 days when vapour pressure deficit > 1.5 kPa

0.5 ppm.h

Protection of sensitive species from short-term acute effects

accumulated ozone dose above a cut-off of 40 ppb (AOT40) for daylight hours (i.e. >50 W.m-2 potential global radiation) over 5 days when vapour pressure deficit < 1.5 kPa

0.2 ppm.h

In: “

98”.

Concentrações médias de ozono na troposfera e estratosfera

Nevoeiro fotoquímico

C.P. – Alterações químicas

Formação e oxidantes - Modelo Simplista. 1 NO2 + Luz NO + O

2 O + O2 O3

3 O3 + NO NO2 + O2

4 O + HC HCO-

5 HCO- + O2 HCO3-

6 HCO3- + HC Aldeídos, cetonas, etc.

7 HCO3- + NO HCO2

- + NO2

8 HCO3- + O2 O3 + HCO2

9 HCO3- + NO2 PAN

Formação de oxidantes - Mecanismo detalhado de 15 reacções em cadeia.

1 NO2 + hv NO + O 9 HO2 + NO OH + NO2

2 O + O2 + M O3 + M 10 HO2 + NO2 HNO2 + O2

3 O3 + NO NO2 + O2 11 HC + O RO2

4 O3 + NO2 NO3 + O2 12 HC + OH RO2

5 NO3 + NO2 2 HNO3 13 HC + O3 RO2

6 NO + NO2 2 HNO2 14 RO2 + NO NO2 + OH

7 HNO2 + hv OH + NO 15 RO2 + NO2 PAN

8 CO + OH CO2 + HO2

C.P. – Alterações químicas formação de ozono

C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – Qualidade do ar troposférico – nevoeiro fotoquímico

Concentração de sulfato na forma de aerosol na Europa em 21 Julho 1990 (µg S/m3);

C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – Qualidade do ar troposférico – nevoeiro fotoquímico

Visibilidade (km)na Europa em 21 Julho 1990, 12.00 GMT

Precipitação ácida

C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – precipitação ácida

Emissões Deposição Efeitos

Partículas

Adptado de: “Acid Rain Revisited”, Science Links, 2001. Descarregado de: http://www.hbrook.sr.unh.edu/hbfound/report.pdf, em 13/09/02

ação

pa –

ação

Trutas

Percas A

Percas B

Salamandras

Ameijoas

Caracóis

Lagostim

Mosca de água ord.Ephemeroptera

Tolerânca de alguns animais ao pH da água

Ciclo do cálcio – efeito da acidificação (exemplo no Nordeste dos EUA)

ited”

ttp://

Absorção de Capelas plantas

Unidades: moles de Ca /ha-ano

Entrada de Ca A partir da chuva e neve

Ca disponível no solo

Ca perdido para águas superficiais

Efeito da acidificação

Perda de cálcio pelas membranas das folhas

Diminuição da tolerânciaao frio

Aumento da gravidade daslesões pelo gelo

O Ca e o Mgsão lixiviadosdo solo

O Al é mobilizadoe assimilado pela planta

Alterações gravesdas funções de nutriçãoe radiculares

Alumínio Cálcio e magnésio

Adptado de: “Acid Rain Revisited”, Science Links, 2001. Descarregado de: http://www.hbrook.sr.unh.edu/hbfound/report.pdf, em 13/09/02

Efeito da precipitação ácida em monumentos

Estátua alemâ em calcário, datada de 1702 fotografada em 1908 (esquerda) e 1969 (direita). Fotografia: Westfäliches Amt für Denkmalpflege.

Emissões Europeias (em Megatoneladas)

Modelação

O gradiente de temperatura na atmosfera é o principal determinante do transporte convectivo vertical. O gradiente de temperatura é representado por

em que é o gradiente térmico, T a temperatura, e z a altura em metros.

Transporte convectivo vertical

Gradientes térmicos Gradiente adiabático real, real, gradiente efectivo na atmosfera, normalmente entre 4 e 7 C/km; Gradiente adiabático seco, seco, história da temperatura percorrida por uma parcela de ar seco quando ascende ou desce na atmosfera devido a forças de flutuação e momento, igual a 9,8 C/km; Gradiente pseudoadiabático (ou adiabática saturada), sat, idêntico ao anterior para uma parcela de ar saturada de vapor de água, igual a 6 C/km. Como se verifica na figura seguinte, gradiente térmico predominante na atmosfera é positivo. Isto é, a temperatura decresce com a altitude na baixa atmosfera (0-5 km).

C.P. – Transporte – gradiente vertical de temperatura

Transferência de calor - a diferença de temperatura entre a parcela e o meio promove a transferência de energia da parcela para o meio. Ceteris paribus (os restantes factores iguais), a temperatura da parcela diminui.

Expansão - pressão atmosférica diminui com a altitude, como resultado a parcela expande, enquanto sobe. Ceteris paribus, a expansão provoca a diminuição da temperatura.

Condensação - à medida que a temperatura decresce a humidade na parcela condensa para manter as condições de saturação. A condensação é acompanhada por uma libertação de energia equivalente à entalpia de condensação.

Ceteris paribus, a libertação de energia reduz a velocidade de diminuição da temperatura.

À medida que uma parcela de ar sobe na atmosfera a temperatura altera-se como consequência dos seguintes factores:

Temperatura (ºC)

0 5 10 15 20 25 30

Altura de mistura

Profundidade1ª camada de mistura

Camada de inversão

2ª camada de mistura

de mistura

Altitude (m)

Inversão térmica

Registo vertical horário de temperatura, humidade relativa, pressão, velocidade e direcção do vento na estação de Tampa, Florida (NOAA)

Perfis verticais de temperatura (GRACE Mission. GFZ,UCAR and NCEP). GeoForschungsZentrum

Potsdam (GFZ). GFZ Potsdam, Division 1

Tipo de modelosGaussianoNuméricoEstatísticoFísico

Modelo físico de uma pluma

C.P. – Transporte – modelos

Modelo GaussianoPressupostos

Emissão contínuaConservação de massaCondições de regime permanenteOs gradientes de concentração ao longo e perpendiculares ao eixo de escoamento seguem uma distribuição Gaussiana (normal)

C.P. – Transporte – modelos Gaussianos

Modelo Gaussiano

= Concentração do poluente, g m-3

Q = Caudal emitido, g s-1

u = velocidade do vento no topo da chaminé, m s-1

y = desvio padrão da distribuição de concentração na direcção perpendicular ao escoamento, à distância x

z = desvio padrão da distribuição de concentração na direcção vertical, à distância x

= 3.1415926H = Altura efectiva de emissão

2);,,(

zHzHyuQHzyx

C.P. – Transporte – modelos Gaussianos

Examplo de modelos numéricos

ISCST3/PRIMERegime permanente; simula o transporte e dispersão a partir de fontes múltiplas em área ou volume, em orografias simples ou complexas;usa as classes de estabilidade de Pasquill-Guiford;até aos 50 km;simula deposição seca e húmida

AERMODRegime permanente; simula o transporte e dispersão a partir de fontes múltiplas em área ou volume, em orografias simples ou complexas; usa a teaoria da camada limite; até aos 50 km

CALPUFFMulti-camada, multi-espécies, não permanente; simula o transporte, dispersão e transformação a partir de fontes múltiplas em área, volume ou linha, em orografias simples ou complexas; usa a teaoria da camada limite; até aos 700 km

C.P. – Transporte – modelos Numéricos

Factores do emissorLocalização geográficaCaracterísticas do localConcentração do poluente e característicasDensidade do gás, velocidade, temperatura e pressãoAltura e diâmetro da chaminé

C.P. – Transporte – modelos

Monitorização

C.P. – Dispositivos para medição de emissões - princípios

Espectro electromagnético – possibilidade de interferências

Métodos para análise de emissões

Extractivos In situ

Laguns métodos analíticos usados em métodos extractivos

Espectroscopia de absorção

Luminescência Outros

Infra-vermelhoUltra-violeta

FluorescênciaQuimioluminescên

Cromatografia em fase gasosa

Espectroscopia de emissão atómica

C.P. – Dispositivos para medição de emissões – princípios – métodos extractivos

(N ou Ar)

(Hg-Cd, MCT, PbS,As2Se3

Lei de Beer-LambertTr=I/I0=e-(). c. l

c=1/((). l) log(1/Tr)(desde que se use o comprimento de onda em que se verifique absorvância zero como referência)

Tr: transmitância da luz através do gás;I0: intensidade da luz afluente /sI: intensidade da luz efluente /s(): coeficiente de absorção molecular (f(g));c: concentração do poluente;l: distância que a luz atravessa

Infra-vermelho (IV) não dispersivo - absorção

Ultra-violeta (UV) não dispersivo - absorçãoLei de Beer-LambertTr=I/I0=e-(). c. l

c=1/((). l) log(1/Tr)

Tr: transmitância da luz através do gás;I0: intensidade da luz afluente /sI: intensidade da luz efluente /s(): coeficiente de absorção molecular (f(g));c: concentração do poluente;l: distância que a luz atravessa

Qualidade ambiente - UV

Aplicações:

• Qualquer

C.P. – Dispositivos para medição de emissões

1008 UV (Amko Systems Inc.)

Qualidade ambiente – Fluorescência UV

Aplicações:

• Qualquer

SO2, H2S

4108 UV (Amko Systems Inc.)

Fluorescência pelo UV (SO2)SO2 + hv (210 nm) SO2* (excitado) SO2 + hv´ (240-410 nm)

Quimioluminescência pelo Ozono (NO) – 1º passo

NO + O3 NO2* + O2

NO2* NO2 + hv (600-900 nm)

Quimioluminescência pelo Ozono (NO+NO2) – 2º passoO dióxido de azoto é convertido cataliticamente (aquecimento) a NO; são medidos NO + NO2 (na forma de NO): NOx. O NO2 é determinado pela diferença NOx - NO

Qualidade ambiente – Quimiofluorescência UV

Aplicações:

• Qualquer

CLD 700 AL (Amko Systems Inc.)

Cromatografia – ionização à chama ( para compostos orgânicos)

R + hv R+ + e-

Em que R é um composto orgânico e hv é normalmente emitida por uma lâmpada UV(eV entre cerca de 8 e 12).

Como diferentes quantidades de energia são necessáriaspara ionizar diferentes comspostos orgânicos é possívelanalisar diferentes classes de compostos, bastando paratanto alterar a intensidade da radiação emitida

Cromatografia – fotoionização ( para compostos orgânicos)

Cromatografia – fotoionização relativa de alguns gases

Espectrometria de massa

Cromatografia em fase gasosa com espectrómetro de massa (a cromatografia gasosa em conjunto com espectrometria de massa- GCMS)

Espectrometria de massa (Metais)

Aplicações:

• Qualquer

Hidrocarbonetos voláteis

Model 10 (Vig Industries, Inc.)

Ionização à chama

In situ - IV SO2, NO, NO2, NH3, T

GM 31 MULTI-COMPONENT GAS ANALYZER (Amko Systems Inc.)

Aplicações: Centrais termo-eláctricas; Incineradoreas de RSUs; Indústria de vidro, papel; Petroquímicas; Cimenteiras; Etc.

In situ - UV

GM 920 HCL(Amko Systems Inc.)

Aplicações:

• Incineradoreas de RSUs;• Indústria de vidro e alumínio;• Indústria química; • Cimenteiras.

In situ – infra-vermelho

GM 921 CO(Amko Systems Inc.)

Aplicações:

• Centrais termo-eléctricas;• Indústria metalúrgica;• Indústria química; • Cimenteiras.

In situ – infra-vermelho

Aplicações:

• Centrais termo-eléctricas;• Incineradoras de RSUs;• Indústria de papel e textil.

CO2, H2O

GM 500 (Amko Systems Inc.)

In situ – IV

Aplicações:

• Cimenteiras;• Unidades produtoras de asfalto;• Centrais termo-eléctricas;• Indústria vidreira;• Indústria metalúrgica;

Partículas

OMD 41 (Amko Systems Inc.)

In situ – IV

Aplicações:

• Qualquer

Partículas

OMD 41 (Amko Systems Inc.)

P5B (ESC, Inc.)

In situ – Portátil

Aplicações:

• Qualquer

Multiparamétrico:O2, CO, NOx, SO2

ECOM-A+ 2.5 (Amko Systems Inc.)

In situ – Emissões automóveis

Aplicações:

• Gases de escape

Multiparamétrico:Hidrocarbonetos totais, CO, CO2, O2, NO/NOx, HC, N2O, SO2, CH4

MEXA 7000 V2 (HORIBA)

Controlo de emissões

Filtros de mangas – unidades móveis

(Adwest Technologies Inc.)

Trunkline (TM)(Air Cleaning Technologies Inc.)

C.P. – Dispositivos para controlo de emissões

Filtração

Filtração – efluente húmido

Venturi

Mystaire Venturis(Misonix Inc.)

Scrubbers

Mystaire Waterweb®

(Misonix Inc.)

Scubbers de alta eficiência

Sonimist pretreatment chamber(Misonix Inc.)

Colunas de adsorção

Mystaire MVS(Misonix Inc.)

Precipitadores electroestáticos

(Environmental Elements Corporation)

Filtros de mangas

(Environmental Elements Corporation)

Ciclones

(Adwest Technologies Inc.)

Incineração/oxidação

Retox RTO(Adwest Technologies Inc.)

Incineração

Consumat (R)(Consultech Systems)

Oxidação catalítica

Distância a sotavento (km) Distância a sotavento (km)

Dispersão horizontal Dispersão vertical

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