Poluicao Do Ar i

14:45 Profa. Ana Cristina 1

Meio AtmosfricoIntroduo

IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) foi criado em 1988 pela World Meteorological Organization (WMO) e pela United Nations Environment Program (UNEP) para:

1. Analisar as informaes cientficas disponveis relacionadas a mudanas climticas;

2. Analisar os impactos ambientais e scio-econmicos das mudanas climticas;

3. Formular estratgias de reao apropriadas.


Introduo

O IPCC forneceu documentao tcnica que gerou a

United Nations Framework Convention on Climate

Change (UNFCCC), que foi assinada por 150 naes na UN Conference on Environment and Developmentno Rio de Janeiro em 1992.

A mudana climtica dever ser um dos maioresdesafios que a humanidade ir enfrentar nosprximos anos. A maior ocorrncia de eventosclimticos extremos nos remete ao fato de quepopulaes j esto sentindo os impactos damudana do clima. As previses dos cientistas doPainel Intergovernamental de Mudanas Climticasso de intensificao de furaces e tempestades,ondas de calor, inverno rigoroso, secas einundaes.

Introduo Engenharia Ambiental 3

Introduo

O Quarto Relatrio do Painel Intergovernamentalsobre Mudanas Climticas (IPCC, sigla em ingls)da ONU, destaca que inequvoco que o planetavem aquecendo, e revela que a mudana global doclima est ocorrendo por conta das atividadeshumanas e que h um alto grau de certeza de que asmudanas regionais recentes na temperatura tenhamtido impactos discernveis em muitos sistemas fsicose biolgicos.


Introduo

O relatrio projeta que o planeta continuar aaquecer em mdia 0,2 C nas prximas duas ou trsdcadas, podendo independer do cenrio deemisses de gases de efeito estufa neste mesmoperodo. A temperatura mdia global poder subir de2 C at 4 C, no cenrio mais pessimista, com maiorprobabilidade de 3,5 C, at o final do sculo XXI. Asprevises para o aumento do nvel mdio do mar entre 28 e 59 cm, com risco de elevar mais de 1 m,se o degelo se acelerar.


Introduo

O desafio do combate s mudanas climticas de talmagnitude e complexidade que a soluo s pode serencontrada atravs do comprometimento efetivo de todosos pases. Os pases desenvolvidos devem assumir amaior parcela de responsabilidade, devido s suasemisses histricas de gases de efeito estufa (GEE). Noentanto, a ao exclusivamente por partes dos pasesdesenvolvidos no sero suficientes para lidar com adimenso do problema, se no for seguido pelos esforosdos pases em desenvolvimento que hoje respondem poruma parcela significativa das emisses de gases de efeitoestufa global, como no caso da ndia, da China e doBrasil. Introduo Engenharia Ambiental 6

Introduo

Com base nessa perspectiva, embora o Brasil notenha uma meta de reduo obrigatria dasemisses de GEE, esforos tm sido feitos para seestabelecer um padro de desenvolvimentosustentvel, incluindo as aes de mitigaosetoriais com o objetivo de promover um desvio natrajetria de emisses, se distanciando cada vezmais do modelo tradicional de desenvolvimentoglobal, e indo em direo a um modelo menoscarbono intensivo.


Introduo

Como parte da Conveno, o Brasil deve elaborarperiodicamente a sua Comunicao Nacional eapresentar o inventrio de emisses de gases deefeito estufa. O Brasil apresentou em 2004 seuprimeiro inventrio para o perodo 1990-1994. Osegundo inventrio brasileiro apresenta dados de2000 a 2005.


Introduo

O Brasil tambm aprovou em dezembro de 2009, a Lei n12.187/2009, que institui a Poltica Nacional sobre Mudanado Clima PNMC e estabelece os princpios, os objetivos,as diretrizes e os instrumentos da Poltica.

A Lei 12.114, de 9 de dezembro de 2009 criou o Fundo Nacional sobre Mudana do Clima, instrumento da poltica, para assegurar recursos de apoio a projetos ou estudos que visem mitigao e a adaptao da mudana do clima. O Decreto de regulamentao do Fundo Nacional sobre Mudana do Clima foi assinado no ms de outubro de 2010 e seu oramento inicial de R$ 226 milhes.


Introduo

O estado do Rio de Janeiro elaborou o seu primeiroinventrio de emisses de gases de efeito estufapara o ano de 2005 para os setores de Energia,Processos Industriais e Uso de Produtos, Agricultura,Floresta e Outros Usos do Solo e Resduos,divulgado em 2007. A elaborao de inventrios degases de efeito estufa o primeiro passo para seconhecer o perfil de emisses e ento, se identificaroportunidades de reduo, com a elaborao eimplementao de polticas pblicas que permitam ogerenciamento das emisses de GEE, alm depropor medidas de mitigao.


Introduo

A Poltica Estadual sobre Mudana do Clima tem porobjetivo assegurar a contribuio do Estado do Rio deJaneiro no cumprimento do propsito da Conveno-Quadro das Naes Unidas que o de alcanar aestabilizao das concentraes de gases de efeito estufana atmosfera em um nvel que impea:uma interferncia antrpica perigosa no sistema climtico,em prazo suficiente a permitir aos ecossistemas umaadaptao natural mudana do clima, a assegurar que a produo de alimentos no sejaameaada e a permitir que o desenvolvimento econmico prossiga demaneira sustentvel.


Introduo

A Poltica Estadual sobre Mudana do Climanortear a elaborao do Plano Estadual sobreMudana do Clima, bem como a implementao deplanos, programas, polticas e a definio demetas e aes restritivas, voluntrias ou deincentivo positivo, com a finalidade de prevenir amudana do clima, com aes de mitigao dasemisses de gases de efeito estufa, alm depromover estratgias de adaptao.


Introduo

O Meio Atmosfrico POLUENTES ATMOSFRICOS

"Entende-se como poluente atmosfrico qualquerforma de matria ou energia com intensidade equantidade, concentrao, tempo ou caractersticasem desacordo com os nveis estabelecidos, e quetornem ou possam tornar o ar: imprprio, nocivo ouofensivo sade; inconveniente ao bem-estarpblico; danoso aos materiais, fauna e flora;prejudicial segurana, ao uso e gozo dapropriedade e as atividades normais dacomunidade". (Resoluo Conama n 03/90).


Poluentes atmosfricos fonte:www.inea.rj.gov.br

A determinao sistemtica da qualidade do ar restringe-se a um grupo de poluentes universalmente consagrados como indicadores da qualidade do ar, devido a sua maior freqncia de ocorrncia e pelos efeitos adversos que causam ao meio ambiente. So eles: dixido de enxofre (SO2), partculas totais em suspenso (PTS), partculas inalveis (PM10), monxido de carbono (CO), oxidantes fotoqumicos expressos como oznio (O3), hidrocarbonetos totais (HC) e dixido de nitrognio (NO2).


Podemos classificar os poluentes de acordo com sua origem em duas categorias:

Primrios: aqueles emitidos diretamente pelas fontes de emisso.

Secundrios: So aqueles formados na atmosferacomo produtos de alguma reao. Um poluente queest presente na atmosfera reage com algum outromaterial, que pode ser um componente natural daatmosfera ou outro poluente. A reao pode serfotoqumica ou no.


Poluentes atmosfricos


poluentes primrios

material particulado (fumaas, poeiras, nvoas) monxido de carbono (CO) dixido de carbono (CO2) xidos de nitrognio (NO e NO2) compostos de enxofre (SO2 e H2S) hidrocarbonetos clorofluorcarbonetos


poluentes secundrios

oxidantes fotoqumicos - resultantes da reao dos hidrocarbonetos e os xidos de nitrognio, na presena de luz solar oznio (O3) peroxiacetilnitrato (PAN) perxido de hidrognio (H2O2) aldedos

Podemos classificar tambm, de acordo com o seu estado como:

Gasosos: comportam-se como o ar, uma vez difundidos, no tendem mais a se depositar.

Partculas: Considerando que este parmetro no um composto qumico definido, surge a necessidade de defini-lo.



So considerados poluentes particulados: asnvoas de compostos inorgnicos eorgnicos slidos, com dimetroaerodinmico equivalente inferior a 100m,e que permaneam em suspenso, por umperodo mais longo quanto menores forems partculas.



INTERAO ENTRE QUALIDADE DE AR E MECANISMOS METEOROLGICOS

A atmosfera pode ser considerada o local onde ocorrem, permanentemente, reaes qumicas. Ela absorve uma grande variedade de slidos, gases e lquidos, provenientes:

de fontes estacionrias (industriais e no-industriais);

de fontes mveis (transportes areos, martimos e terrestres, em especial os veculos automotores) e

de fontes naturais (mar, poeiras csmicas, arraste elico, etc.).




fonte:www.inea.rj.gov.br

as atividades desenvolvidas em indstrias,termoeltricas, construo civil e pelo trfegode veculos geram emisso de partculase/ou gases que podem alterarsignificativamente a qualidade do ar de umalocalidade.





Essas emisses podem se dispersar, reagirentre si, ou com outras substncias jpresentes na prpria atmosfera. Estassubstncias ou o produto de suas reaesfinalmente encontram seu destino numsorvedouro, como o oceano, ou alcanam umreceptor (ser humano, outros animais, plantas,materiais).




A concentrao real dos poluentes no ar dependetanto dos mecanismos de disperso como de suaproduo e remoo. Normalmente a prpriaatmosfera dispersa o poluente, misturando-oeficientemente num grande volume de ar, o quecontribui para que a poluio fique em nveisaceitveis. As velocidades de disperso variam coma topografia local e as condies atmosfricas locais.


a interao entre as fontes de emisso de poluentesatmosfricos e as condies meteorolgicas que define aqualidade do ar.

As condies meteorolgicas determinam uma maior oumenor diluio dos poluentes, mesmo que as emissesno variem. Por esse motivo que a qualidade do ar pior durante o inverno, quando as condiesmeteorolgicas so mais desfavorveis disperso depoluentes.




disperso dos poluentes o ar move-se no sentido horizontal, na direo dos ventos,

e vertical, em funo dos deslocamentos das camadas atmosfricas

quanto maior a velocidade do vento, mais elevada ser a sua capacidade de diluir e dispersar os poluentes

a direo do vento indica as reas que sero alcanadas pelos poluentes emitidos em uma fonte possvel determinar-se a direo predominante dos ventos de um local, devendo-se considerar esse dado quando da localizao de fontes poluidoras do ar


disperso dos poluentes em condies normais, a

temperatura do ar decresce com a altura, ficando as camadas mais frias sobre as camadas mais quentes

ocorre uma renovao natural, com o ar mais quente (mais leve) subindo e o ar mais frio (mais pesado descendo)


disperso dos poluentes fenmenos metereolgicos

que dependem da velocidade do vento, da turbulncia atmosfrica, da insolao, do gradiente de temperatura e da precipitao, fazem com que a temperatura aumente em vez de diminuir com a altitude


disperso dos poluentes

nessas situaes, o movimento do ar para cima dificultado, minimizando a disperso vertical dos poluentes, que tendem a se concentrar na superfcie

esse fenmeno conhecido como inverso trmica


disperso dos poluentes a topografia influencia no

deslocamento de massas de ar a existncia de uma elevao

dificulta o movimento horizontal do vento, contribuindo para que a camada de ar frio fique sob a camada de ar quente


disperso dos poluentes em vales, em determinados

perodos do dia, e a depender das condies metereolgicas, o calor proveniente da superfcie aquecida, nas reas mais elevadas, favorece formao de uma camada de ar quente sobre o ar frio

Padres de Qualidade do Ar De uma forma geral, foi estabelecido um grupo de

poluentes que servem como indicadores da qualidadedo ar. Esses poluentes so: dixido de enxofre,material particulado em suspenso, monxido decarbono, oxidantes fotoqumicos expressos comooznio e xidos de nitrognio. A razo da escolhadesses parmetros como indicadores de qualidade doar esto ligadas sua maior frequncia de ocorrnciae aos efeitos adversos que causam ao meio ambiente.


Um dos componentes do diagnstico da qualidade do ar a comparao das concentraes medidas com os padres estabelecidos.

Padro de qualidade do ar, por definio, so limitesmximos de concentrao de um componenteatmosfrico que, baseado em estudos cientficos,possam produzir efeitos que no interfiram na sadeda populao.


Padres de Qualidade do Ar


Padres de Qualidade do Ar Padres nacionais de qualidade do ar fixados na Resoluo

CONAMA n. 03 de 28/06/90

So padres primrios de qualidade do ar as concentraes depoluentes que, ultrapassadas, aumentam o risco de efeitosadversos sade da populao. Podem ser entendidos comonveis mximos tolerveis de concentrao de poluentesatmosfricos, constituindo-se em metas de curto e mdio prazo.

So padres secundrios de qualidade do ar as concentraesde poluentes atmosfricos abaixo das quais se prev o mnimoefeito adverso sobre o bem estar da populao, assim como omnimo dano fauna e flora, aos materiais e ao meioambiente em geral. Podem ser entendidos como nveisdesejados de concentrao de poluentes, constituindo-se emmeta de longo prazo.



Os nveis de concentrao correspondentes squalificaes boa e regular enquadram-se nos limitesfixados como Padres de Qualidade do Arestabelecidos pela Resoluo CONAMA n03/90.

Para efeito de divulgao, utilizado o ndice maiselevado dos poluentes medidos em cada estao.Portanto, a qualidade do ar em uma estao determinada, diariamente, pelo pior caso entre ospoluentes que forem monitorados.



ndice se Qualidade do ArFonte: INEA


Para a gesto da poluio do ar fundamental no s adefinio das reas mais impactadas, como tambm aidentificao, qualificao e quantificao das fontesemissoras de poluentes atmosfricos.

O inventrio de fontes de emisso de poluio atmosfricaconstitui um dos instrumentos de planejamento dos maisteis para um rgo ambiental, uma vez que definequalitativa e quantitativamente as atividades poluidoras doar e fornece informaes sobre as caractersticas dasfontes, definindo localizao, magnitude, freqncia,durao e contribuio relativa das emisses.


MONITORAMENTO DA QUALIDADE DO AR

O monitoramento da qualidade do ar realizado paradeterminar o nvel de concentrao dos poluentespresentes na atmosfera. Seus resultados no spermitem um acompanhamento sistemtico daqualidade do ar na rea monitorada, como tambmconstituem elementos bsicos para elaborao dediagnsticos da qualidade do ar, subsidiando aesgovernamentais para o controle das emisses.


Objetivos do Monitoramento da Qualidade do Ar


As estaes de amostragem que compem a redede monitoramento da qualidade do ar estolocalizadas nas regies Metropolitana, do MdioParaba e Norte Fluminense, sendo os resultadosdivulgados, diariamente, por meio do Boletim deQualidade do Ar e, anualmente, pelo Relatrio Anualda Qualidade do Ar.



A atmosfera da Terra



A atmosfera da Terra composta principalmentepor nitrognio e oxignio e de outros gases epartculas que existem em menor concentrao,como CO2, N2O, CH4 e O3, e outra categoria degases produzidos pelo homem, chamadoshalocarbonos que incluem os CFCs, HCFCs(hidroclorofluorcarbono), HFCs(hidrofluorcarbono).



O Efeito Estufa e a Reduo da Camada deOznio so fenmenos que estorelacionados a mudanas de concentraodestes gases trao.


o ar

troposfera - camada da atmosfera que fica em contato com a superfcie da terra

cerca de 12 km de espessura composio bsica: nitrognio (78,11%),

oxignio (20,95%), argnio (0,93%) e dixido de carbono (0,03%)

constituintes secundrios: hidrognio, metano, xido nitroso e gases nobres (nenio, hlio e criptnio)


A atmosfera da TerraEfeito Estufa

O Efeito Estufa a forma que a Terra tem para mantersua temperatura constante.

A atmosfera altamente transparente luz solar, pormcerca de 35% da radiao que recebemos vai serrefletida de novo para o espao, ficando os outros 65%retidos na Terra. Isto deve-se principalmente ao efeito sobre os raios

infravermelhos de gases como o Dixido de Carbono,Metano, xidos de Azoto e Oznio presentes naatmosfera (totalizando menos de 1% desta), que vo reteresta radiao na Terra, permitindo-nos assistir ao efeitocalorfico dos mesmos.

.



Nos ltimos anos, a concentrao de dixido de carbono naatmosfera tem aumentado cerca de 0,4% anualmente; esteaumento se deve utilizao de petrleo, gs e carvo e destruio das florestas.

A concentrao de outros gases que contribuem para oEfeito de Estufa, tambm aumentaram rapidamente. Oefeito conjunto de tais substncias pode vir a causar umaumento da temperatura global (Aquecimento Global)estimado entre 2 e 6 C nos prximos 100 anos.


O efeito estufa

A energia irradiada pela superfcie da Terra tentapassar atravs da atmosfera e interage com vriosgases e aerosis no ar. Estes constituintesatmosfricos podem deixar esta energia irradiadapassar para o espao, refleti-las de volta para asuperfcie da Terra ou absorv-las.


Espectro de absoro dos gases constituintes da atmosfera

Janela radioativa ( entre 7 e 12m)

gases efeito estufa

grau deimportncia


O efeito estufa Observa-se entre 7m e 12 m uma janela

atmosfrica. As radiaes com este comprimento deonda passam facilmente pela atmosfera, comexceo de uma importante banda de absoro de9,5 m e 10,6 m associada com o oznio.

Os gases que absorvem comprimentos de ondamaiores do que 4 m so chamados gases de efeitoestufa (GEE).


Foras radioativas da mudana climtica

As fontes antropognicas de gases e aerosis esto afetando o efeito estufa, nos levando a uma incerteza em relao ao clima global.

14:45 Ana Cristina Carvalho 55

Mudanas climticas

Inicialmente, na tropopausa, a energia irradiada e aenergia absorvida esto equilibradas:

Qabs = Qrad (a) Quando o sistema perturbado por uma fora

radiativa F (W/m2), um novo equilbrioeventualmente estabelecido:

Qabs + Qabs + F = Qrad + Qrad (b)


Mudanas climticas

Subtraindo (a) de (b):F = Qrad - Qabs


Mudanas climticas

Determinar a fora radiativa, F, associada amudanas nas concentraes dos gases deefeito estufa, de aerosis, mudanas no albedo emudanas na constante solar tm sido umgrande desafio para a cincia


Mudanas climticasParmetro de sensitividade climtica,

A questo chave determinar a variao datemperatura na superfcie (Ts) relacionada comuma dada variao de F.

O parmetro que relaciona Ts e F o parmetrode sensitividade climtica, :

Ts = F


Mudanas climticasParmetro de sensitividade climtica,

Tm-se procurado determinar valores para oparmetro . Uma hiptese baseia-se nos dados deirradiao obtidos por satlites. Correlacionando-seas temperaturas mensais da superfcie com asemisses infravermelhas do topo da atmosfera,observou-se uma relao linear entre os dois.


Foras radiativas devido aos GEE


Foras radiativas devido aos GEE

Os principais GEE so: Dixido de carbono - CO2 Metano - CH4 Oxido nitroso - N2O Halocarbonos

Poluio do Ar62

Modelagem matemtica do transporte de poluentes atmosfricos

fontes estacionrias

Poluio do Ar63

fontes estacionriasmodelo de Gauss

a equao de disperso de uma emisso de uma fonte pontual relaciona a concentrao mdia de um poluente a:

velocidade do vento, a altura efetiva da emisso, e as condies atmosfricas

Prof. Araruna Poluio do Ar64

fontes estacionriasmodelo de Gauss (hipteses)

a taxa de emisso da fonte constante a velocidade do vento constante tanto no tempo e

com a elevao o poluente no sofre degradao, reaes qumicas

ou deposio o terreno relativamente plano

Poluio do Ar65

fontes estacionriasmodelo de Gauss (geometria)

Poluio do Ar 66


=

2

2

2

2

22),( yzyH

yzH

eeu

QyxC pi

C(x,y) a concentrao no nvel do terreno no ponto (x,y), g/m3 x a distncia ao longo da direo do vento, m y a distncia horizontal da linha de centro da pluma, m Q a taxa de emisso dos poluentes, g/s H a altura efetiva da fumaa, m (H=h+h), onde h a altura da

chamin e h a distncia vertical que a pluma sobe uH a velocidade do vento em H , m/s y e z so os coeficientes de disperso horizontal e vertical, m

Poluio do Ar 67


p

aa

H

z

Hu

u

=

uH a velocidade do vento em h , m/s ua a velocidade do vento na altura do anemmetro H a altura efetiva da pluma, m (H=h+h), onde h a altura da

chamin e h a distncia vertical que a pluma sobe za a altura do anemmetro acima da superfcie do terreno p um fator adimensional que depende na rugosidade da superfcie

do terreno e na estabilidade atmosfrica (ver tabelas)

Poluio do Ar68


Poluio do Ar69


Poluio do Ar 70


Suponha que uma anemmetro a uma altura de 10m acima da superfcie do terreno mea a velocidade do vento como sendo 2,5 m/s. Estime a velocidade do vento a uma elevao de 300 m em um terreno spero caso as condies atmosfricas estejam pouco instveis

smz

Huu

p

a

aH /9,4103005,2

2,0

=

=

=

Poluio do Ar71

valores dos coef. de disperso

Poluio do Ar 72

modelo simplificado

( )

=

2

2

20, zH

yzH

eu

QxC

pi

Concentrao de pico Uma questo obvia : Como a concentrao de pico na direo do

vento pode ser estimada a partir da equao abaixo?

Turner (1970) derivou curvas que utilizam classificao de estabilidade e altura efetiva da pluma (H) como parmetros para encontrar a distncia onde a concentrao mxima (Xmx)

Poluio do Ar73

( )

=

2

2

20, zH

yzH

eu

QxC

pi

Poluio do Ar74

Poluio do Ar75

O mesmo processo leva a uma concentrao normalizada:

Para determinar a concentrao de pico, entre no grfico a seguir com a classificao de estabilidade e altura efetiva da pluma e obtenha no grfico o parmetro para achar a concentrao de pico (Turner, 1970)

Poluio do Ar76

max

max

= Q

uCu

QC hh

Poluio do Ar77

Modelo para fonte distribuda Se existe um nmero pequeno de fontes pontuais

razovel usar a equao da pluma de Gauss para fonte pontual para prever as contribuies individuais. Por suposio encontra-se a concentrao total em um local somando-se as contribuies individuais.

Uma maneira mais simples seria estimar a concentrao de contaminante em uma rea utilizando o modelo de caixa.

Poluio do Ar78

Trabalhando-se com uma massa de poluentes, a quantidade de poluio em um volume de contorno igual ao volume multiplicado pela concentrao LWHC. A taxa em que o ar entra e sai do volume de contorno a rea das extremidades multiplicado pela velocidade do vento, WHu, portanto a taxa com que o poluente entra no volume de controle dado por WHuCin. A taxa com que ele deixa o volume de controle WHuC.

Poluio do Ar79

Assumindo o poluente conservativo pode-se escrever a equao de equilbrio de massa para o volume de contorno:

LWH(dC/dt)=qsLW+WHuCin-WHuC

A soluo da equao para o caso permanente obtido fazendo-se dC/dt=0, portanto:

C()= qsL/uH + Cin

Sendo qs a emisso por unidade de rea (g/m2s)

Poluio do Ar80

Pode-se utilizar a mesma equao geral para obter o acrscimo com o tempo da poluio em uma cidade. Considerando-se C(0) a concentrao inicial em um tempo t=0, a soluo da equao geral torna-se:

C(t)=(qsL/uH + Cin) (1-eut/L)+C(0)e-ut/L

Poluio do Ar81

Assumindo que o vento no trs poluio para o volume de controle, Cin = 0, e que a concentrao inicial C(0) = 0, a equao simplificada para:

C(t) = (qsL/uH)(1-e-ut/L)

Poluio do Ar82

Problema (426) Suponha que uma cidade seja representada por uma rea quadrada de

15km de lado. Existem 200.000 carros nas vias, cada um circulando 30km entre 16h e 18h, e cada um emitindo 3g/km de CO. uma noite de inverno com tempo claro com inverso trmica que restringe a mistura a 20m. O vento trs ar puro em uma taxa permanente de 1m/s. Use o modelo para estimar a concentrao de CO s 18h considerando que o ar estava limpo s 16h e que a nica fonte de CO so os carros. Assuma que o CO uma substncia conservativa e que ocorre mistura instantnea e completa no volume de contorno.

Poluio do Ar83

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Poluicao Do Ar i