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ASPECTOS AMBIENTAIS DA PRODUÇÃO DE ENERGIA

Notas das aulas da disciplinade

Instalações e Serviços Industriais

Sumário

Poluentes mais comunsEfeitos dos poluentes

Equipamentos para retenção dos poluentesLeis e Entidades Oficiais no sector ambiental

2006 Instalações e Serviços Industriais 3

Poluentes emitidos pelas centrais térmica

• Centrais a fuel: – SO2

– NOx

– CO– CO2

– Partículas– Poluição térmica e ruído

• Centrais nucleares:– radioactividade – poluição térmica


Decreto-Lei n.º 78/2004 de 03-04-2004

• Estabelece o regime da prevenção e controlo das emissões de poluentes para a atmosfera, fixando os princípios, objectivos e instrumentos apropriados àgarantia de protecção do recurso natural ar, bem como as medidas, procedimentos e obrigações dos operadores das instalações abrangidas, com vista a evitar ou reduzir a níveis aceitáveis a poluição atmosférica originada nessas mesmas instalações.


Decreto-Lei n.º 78/2004 de 03-04-2004

• Valor limite de emissão ou VLE»– massa de um poluente atmosférico, expressa em termos de

determinados parâmetros específicos, em concentração, percentagem e ou nível de uma emissão que não deve ser excedida durante um ou mais períodos determinados e calculada em condições normais de pressão e temperatura.

• Autocontrolo das emissões sujeitas a VLE– é obrigatório e da responsabilidade do operador .

• Os VLE e os limiares mássicos serão revistos por meio de portarias dos Ministros da Economia, da Agricultura, Desenvolvimento Rural e Pescas e das Cidades, Ordenamento do Território e Ambiente, tendo em conta a evolução da melhor tecnologia disponível e a situação do ambiente atmosférico no território nacional


Equivalência entre mg/m3 e ppm

• Conversão de ppm (vol) para mg/m3. • Assume-se as condições de gas ideal à temperatura ambiente.

– 25 oC e 760 mm Hg

1

3

ppm (vol) pollutant = 1 liter pollutant10

= (1 liter / 22.4) MW 10 g/ gm 10 298K/ 273K 10

= 40.9 MW g/ m

6

6

6 -3

3

liter air

liters m literx x

x xx

µ

µ/

MW - massa molecular.


Dióxido de enxofre – SO2

• Responsável por 25% do S na atmosfera• Derivada da combustão de fuel rico em enxofre

– thick-fuel-oil– thin-fuel-oil– carvão

• Concentração em zonas urbanas ∈ [3,2; 11] p.p.m• Valores críticos:

– 0.6 p.p.m. não apresenta risco para homem– 10 p.p.m » irritação respiratória– 1 h a 10 p.p.m » problemas respiratórios, agravados quanto maior

a temperatura e a humidade


Óxidos de azoto - NOx

• NO – obtido da combustão de combustíveis fósseis• Formação é favorecida com temperatura de combustão altas• Concentração depende da concentração de O2 na combustão e da

duração do processo

• Fortes emissores: veículos automóveis ∈ [3000, 6000] p.p.m• A luz solar transforma o NO em NO2 por oxidação e presença de

matéria orgânica no ar

• NO2 – mais agressivo para o homem do que o NO• NO2 – tem afinidade com hemoglobina, fluido transportador do O2. Forma um

ácido nos pulmões, sendo mais tóxico do que o CO para igual concentração• Valores críticos:

– [0.06, 0.1] p.p.m »» problemas respiratórios


Chuvas ácidas

• pH médio de água da chuva ≈ 5.6 (ligeiramente ácida devido à formação do ácido carbónico CO2+H2O)

• A combinação de SO2 e NOx com água ou vapor de água (HNO3, H2SO4) »– chuva ou neve ácida »

• sérios riscos para o ambiente, com pH < 5.6

• Contribuição para acidez da chuva ou neve– SO2 » 60 %– NOx » 35 %– outros » 5 %


Monóxido de carbono - CO

• Causas para a produção de CO– Naturais: minas de carvão, fogos florestais » ≈ 10%– Artificiais: veículos automóveis+ centrais térmicas » ≈ 90%

• Risco para o homem– Semelhante ao associado ao NO– Tem afinidade com hemoglobina, fluido transportador do O2. Forma um

ácido nos pulmões, sendo menos tóxico do que o NO para igual concentração

– Valores críticos:• 100 p.p.m. » Dor de cabeça• 500 p.p.m. » Colapso• 1000 p.p.m. » Morte


Dióxido de carbono – CO2

• Causas para a produção de CO2– Naturais: Decomposição de matéria orgânica– Artificiais: Centrais térmicas » forte emissor de CO2

• Risco para o homem– Não é considerado propriamente um poluente ← Essencial

para as plantas → Essenciais para a vida humana• Mecanismo de renovação do CO2

– Fotosíntese: Na presença da luz solar as plantas verdes convertem CO2, água e minerais em O2 e vários componentes orgânicos


Efeito de estufa na atmosfera

• A atmosfera deixa passar radiação de baixo comprimento de onda, atingindo grande parte da radiação a superfície da Terra

• Parte da radiação é absorvida pela Terra, vindo a provocar o seu aquecimento, outra é reflectida

• O CO2 e o vapor de água na atmosfera absorvem grande parte da radiação de grande comprimento de onda, vinda da superfície da Terra, fazendo com que essa radiação retorne àsuperfície da Terra.

• O aumento da concentração de CO2 é responsável pelo aumento da temperatura da Terra

• Consequências: fusão do gelo polar »– subida do nível das águas do mar » inundações nas zonas

costeiras


Partículas

• Causas para a produção de partículas– Naturais: Fogos florestais, poeiras (vento, tempestades, vulcões),

nevoeiro– Artificiais: Cinzas das centrais térmicas, poeiras/aprtículas

(orgânicas e metálicas) das indústrias várias (cimenteira, siderúrgica, cerâmica),

• Efeito das partículas na atmosfera– Diminuição da visibilidade, aumento da corrosão– Produz mau estar no homem, porque absorvem substâncias

tóxicas presentes na atmosfera– Contrabalança o efeito do aumento da concentração do CO2 »

Ajuda a reflectir parte da radiação incidente proveniente do Sol, evitando o aquecimento da superfície da Terra


Partículas- valores críticos

• Área não urbanas » ≈ 28 µg/m3

• Maior concentração de partículas » dp < 2 µm• Numa zona altamente poluída com partículas um

indivíduo respira ≈ 1 mg/dia, ficando as maiores depositadas nas mucosas do nariz atingindo as mais pequenas os pulmões.

• Média anual de – 100 – 200 µg/m3 » problemas respiratórios– 300 – 600 µg/m3 » bronquite


Retenção dos poluentes

• Retenção de gases– Lavadores de gases sulfurosos

• wet-scrubber• dry-scrubber

• Retenção de partículas– Precipitadores electrostáticos– Filtro de sacos– Ciclones


Lavadores de gases sulfurososWet Scrubber

• Princípio: Os gases sulfurosos são obrigados a atravessar um canal onde são lavados com uma suspensão húmida de calcário (CaCO3) e cal (CaO). A suspensão entra em contacto com os gases e absorve o SO2, por reacção dando origem a sulfito e sulfato, os quais são reciclados ao serem adicionados à cal e calcário fresco.

• A suspensão é preparada humidificando a cal e o calcário• Vantagem: permite alta eficiência de remoção de SO2

• Desvantagem: – manter a escala na construção da torre de pulverização sem

provocar entupimento; – necessidade de reaquecer o caudal de gás; – queda de pressão » ventilador mais potente, maiores custos de

operação


Lavadores de gases sulfurososDry Scrubber

• Princípio: Os gases sulfurosos são obrigados a atravessar um canal onde são lavados com uma suspensão líquida de cal (CaO). A suspensão é atomizada entrando em contacto com os gases e absorve o SO2, por reacção dando origem a sulfito de cálcio e sulfato. Devido ao pequeno tamanho do spray de partículas a suspensão érapidamente seca pelos gases quentes.

• A suspensão é preparada misturando a cal em água através de um agitador

• Vantagem: operar a seco• Desvantagem:

– eficiência de remoção baixa;

– exigência requerida no projecto de optimização dos sprays


Precipitador electrostático

• Princípio: Existem dois conjuntos de electrodos (electrodos colectores e electrodos de descarga), através dos quais se escoa os gases+partículas. Entre os dois electrodos existe um campo eléctrico unidirecional resultante da aplicação de uma tensão entre 40 - 50 kV. O campo eléctrico é função da tensão eléctrica. Quando o campo eléctrico é elevado há uma aceleração dos electrões livres que provoca a ionização das moléculas de gás e a formação de iões. O movimento desses electrões dá origem a mais electrões livres e iões.

• Os iões positivos migram para o electrodo negativo• Os ioões negativos colidem com as partículas em suspensão e

carregam-se negativamente. Quando tiverem carga suficiente migra m para o electrodo Terra, com uma velocidade proporcional ao produto da carga pelo campo eléctrico


Precipitador electrostático

• velocidade de migração da partícula

• Vm=[2.95x10-12 fp (E/s)2d]/µs

– fp - função da dielétrica (1,5 a 2.4)– E - tensão– s - distância entre a carga e os eletrodos colectores– d - diâmetro da particula

µ - viscosidade


Filtro

• Princípio: passagem da suspensão através de uma placa/saco poroso. A limpeza dos sacos que retêm as partículas é feita por efeito de vibração induzida por batimentos mecânicos.

• Desvantagem: Elevado espaço ocupado


Ciclone

• Princípio: A suspensão por efeito da aceleração gravítica sofre uma separação entre partículas maiores e mais pequenas. A entrada tangencial do escoamento faz com que as partículas mais pesadas sejam projectadas para a parede e se depositem no fundo onde serão depois recolhidas.


Poluição térmica e ruído

• Libertação de energia para a atmosfera– Energia perdida no condensador

• Para uma unidade de 1000MW uma aumento da eficiência » redução do calor rejeitado de 35.7%

• Ruído:– Limite aceitável ≈ 80 dB


Legislação/Entidades

• Decretos-lei e Portarias– http://www.diramb.gov.pt/– http://www.cele.pt/

• Recomendações europeias e internacionais– http://europa.eu.int/eur-lex/lex/pt/index.htm

• Acordos/convenções internacionais– http://www.oecd.org– http://www.diramb.gov.pt/data/basedoc/TXT_LI_22177_1_0001.htm

• Ministério Ambiente– http://www.iambiente.pt

• EPA - Environment Protection Agency– http://www.epa.gov/

• UE - www.europa.eu.int/environment

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