UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL-REI

CAMPUS ALTO PARAOPEBA

CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA

Controle Ambiental na Indústria

ESTUDO DIRIGIDO I – “O meio atmosférico: propriedades e

características do ar. Principais poluentes do ar por emissão

atmosférica na indústria e suas consequências”

Alunos: Talles Barcelos da Costa

Tatiana Ferreira de Rezende

Professora: Patrícia da Luz Mesquita

Ouro Branco-MG – Abril de 2014

1 – Fale resumidamente sobre as características, a composição e a camada da atmosfera.

Existem várias formas de descrever a estrutura da atmosfera. A classificação é feita

de acordo com a estratificação térmica é a mais adequada do ponto de vista ambiental. A

estrutura da atmosfera tendo por base o gradiente térmico em função da altitude. O ar

atmosférico, nessa composição, encontra se na sua maioria (95%) numa camada fina

que recobre a terra. Essa camada, chamada de troposfera. A troposfera varia em

espessura conforme a latitude e o tempo. Do ponto de vista climático, a troposfera

possui importância fundamental, pois é a camada que tem origem praticamente todas as

massas de ar que caracterizam as mudanças climáticas da terra. Acima da troposfera

encontra-se uma camada de transição, de temperatura praticamente constante chamada

tropopausa. Acima da tropopausa está a estratosfera. Nessa camada a temperatura

mantem-se constante até uma certa altitude, aumentando em seguida até a chamada

estratopausa. A estratosfera é uma camada muito importante do ponto de vista

ambiental, pois é nela que se encontra a ozonosfera. Essa camada, rica em ozônio,

protege a terra das radiações ultravioletas. Acima da estratopausa encontra se a

mesosfera. Essa camada possui um forte decréscimo térmico, registrando se nela a

temperatura mais baixa da atmosfera. A camada acima da mesosfera é chamada de

termosfera, entre essa e a mesosfera. Do ponto de vista ambiental destacam se na

atmosfera duas camadas: a troposfera e a ozonosfera Na troposfera desenvolve se todos

os processos climáticos que regem a vida na terra. Além disso e nessa camada que

ocorre a maioria dos fenômenos relacionados com a poluição do ar. Na ozonosfera

ocorrem as reações que são essências para o desenvolvimento das espécies vivas em

nosso planeta.

2 – Diferencie poluentes atmosféricos primários e secundários. Dê exemplos.

Os poluentes primários são aqueles lançados diretamente no ar. Exemplo:

dióxido de enxofre (SO2), os óxidos de nitrogênio (NOx), o monóxido de carbono (CO)

e alguns particulados, como a poeira. Os poluentes secundários formam-se na atmosfera

por meio de reações que ocorrem em razão da presença de certas substâncias químicas e

de determinadas condições físicas. Exemplo: o SO3 (é formado pela reação entre o SO2

e o O2 no ar), reage com o vapor de água para produzir o ácido sulfúrico (H2SO4), que

precipita formando a ‘chuva ácida’.

3 – Cite, defina e explique pelo menos 4 poluentes atmosféricos.

- Monóxido de Carbono (CO): Composto gerado nos processos de combustão

incompleta de combustíveis fósseis e outros materiais que contenham carbono em sua

composição;

- Óxidos de Enxofre (SO3 e SO2): Os óxidos de enxofre são produzidos pela queima de

combustíveis que contenham enxofre em sua composição, além de serem gerados em

processos biogênicos naturais, tanto no solo quanto na água;

- Hidrocarbonetos: Os hidrocarbonetos são resultantes da queima incompleta dos

combustíveis, bem como da evaporação desses combustíveis e de outros materiais como

os solventes orgânicos;

- Metais: São um tipo de material particulado (MP), associado aos processos de

mineração, combustão de carvão e processos siderúrgicos.

4 – Em 1 parágrafo fale sobre:

a) O efeito estufa.

Chamado efeito estufa, que também e responsável por manter a temperatura

média do planeta próxima dos 15 graus célsius, recentemente se tornou um dos

assuntos preferidos da comunidade técnica internacional. A emissão dos chamados

gases estufa aumenta a quantidade de energia que é mantida na atmosfera devido a

absorção do calor refletido ou emitido pela superfície da terra, o que provoca a

elevação da temperatura da superfície.

b) Destruição da camada de ozônio.

Ela tem a capacidade de filtrar as radiações solares impedindo grande

parte das radiações ultravioletas chegue até a superfície do solo. A radiação

ultravioleta pode ser dividida em três grupos em função do seu comprimento de

onda que está associado a intensidade de energia da radiação. Os efeitos da

radiação ultravioleta podem aumentar a incidência de câncer de pele, reduzir

safras agrícolas, etc.

c) Chuva ácida.

Os gases do nitrogenados e sulfonados produzidos por uma série de

atividades da sociedade moderna reagem com o vapor de agua na atmosfera

produzindo ácidos.

d) Smog industrial.

Esse tipo de smog é típico em regiões frias e úmidas. Os picos de

concentração ocorrem exatamente no inverno, em condições climáticas adversas

para a dispersão dos poluentes. Um fenômeno meteorológico que agrava esse

tipo de smog é a inversão térmica quando os picos de concentração dos

poluentes ocorrem nas primeiras horas da manhã.

e) Smog fotoquímico.

Esse tipo de smog é típico de cidades ensolaradas, quentes de clima seco.

Os picos de poluição ocorrem em dias quentes, com muito sol. O principal

agente poluidor nesse caso são os veículos, que geram uma serie de poluentes.

5 – O que são padrões primários e secundários de qualidade do ar?

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

americanas. Nos Estados Unidos, o órgão responsável pela fixação de índices é a

Environmental Protection Agency (EPA) que estabelece a National Ambient Air Quality

(NAAQS). Essa lei específica o nível máximo permitido para diversos poluentes

atmosféricos. Os padrões (limites máximos) estão divididos em dois níveis: primário e

secundário. O primário inclui uma margem de segurança adequada para proteger

indivíduos mais sensíveis, como crianças, idosos e pessoas com problemas respiratórios.

O secundário é fixado sem considerar especificamente problemas com a saúde humana,

mas levando em conta outros elementos, como problemas com a agricultura, a materiais

e edifícios e à vida animal, mudanças de clima, problemas de visibilidade e conforto

pessoal.

6 – Como a legislação brasileira se comporta em relação aos padrões de qualidade do

ar? Qual a relação com a EPA? Quais os poluentes considerados para definição de

padrões de qualidade do ar no Brasil segundo a CONAMA?

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

americanas.Nos Estados Unidos o órgão responsável pela fixação de índices é a (EPA),

que estabelece (NAAQS).Essa lei especifica o nível máximo permitido para diversos

poluentes atmosféricos, sendo que a máxima concentração de um poluente é

especificada em função de um período médio de tempo. Os limites máximos estão

divididos em dois níveis: primário e secundário. O primário inclui uma margem de

segurança adequada para proteger pessoas mais sensíveis como crianças e idosos. O

secundário é fixado sem considerar explicitamente problemas com a saúde humana,mas

levando em conta outros elementos , como danos a agricultura.Para manter o público

informado da sobre a qualidade do ar e atuar em situações críticas quando algum índice

do NAAQS é atingido, o EPA fixa o índice (PSI). No Brasil esse índice é chamado de

índice de qualidade do ar (IQA).O IQA é obtido dividindo-se a concentração de um

determinado poluente pelo seu padrão primário de qualidade e multiplicando-se o

resultado dessa divisão por 100, para que seja obtido um valor percentual.

7 – Sobre o controle da poluição do ar, pede-se:

a) Cite os principais meios de controle de emissão de SO2.

- reduzir o desperdício de energia, ou seja, diminuir a demanda de energia e

desenvolver meios para a conservação;

- Substituir os combustíveis fósseis por outras fontes de energia, tais como nubelar,

solar, hidrelétrica e geotérmica;

- Transformar o carvão sólidos em combustível gasoso ou líquido, podendo-se

remover muitas das impurezas, como o enxofre;

- Reduzir a emissão de dióxido de enxofre proveniente da queima do carvão.

b) Cite pelo menos 3 formas de controle do enxofre.

- Substituir o carvão comum pelo carvão de baixo teor de enxofre;

- Remover o enxofre do combustível antes da queima;

- Remover o SO2 por lavadores de gases (durante a combustão ou dos gases

emitidos pelas chaminés);

- Emitir fumaças por chaminés altas o suficiente para suplantar a camada de

inversão térmica.

c) Cite os principais meios de controle de emissão de material particulado (MP).

- Melhorar a eficiência dos sistemas de combustão, tanto nas indústrias quanto nos

automóveis;

- Substituir o combustível fóssil por outras fontes de energia, tais como nuclear,

solar, eólica e geotérmica, para produzir energia elétrica;

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

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

público;

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

de matéria particulado (MP);

- Remover MP da fumaça emitida pelas chaminés (método usual em indústrias e

termoelétricas).

d) Cite e explique o fundamento de 3 dispositivos utilizados para remoção de

matéria particulado (MP).

- Filtros manga ou de tecido: esse equipamento remove até 99,9% das partículas,

incluindo as partículas finas. Nesse caso, os gases passam por filtros (sacos) de

tecidos localizados em um grande edifício. Periodicamente, os filtros são trocados

para que o sistema não perca o rendimento necessário para a coleta de MP;

- Separados tipo ciclone: esse equipamento remove de 50% a 90% das partículas

grandes, mas muito pouco do material médio e fino. Nesse caso, a fumaça é forçada

a passar por um duto na forma de parafuso, e a perda de carga gerada permite a

deposição do material, que é recolhido na base do equipamento (força centrípeta);

- Lavadores de gás: esse equipamento remove até 90% das partículas com diâmetro

de até 1 micrometro, caso sejam utilizados anteparas internas. Além disso, ele

remove de 80% a 95% do SO2 e outros gases ácidos.

8 – O que é o som e quando ele passa a ser poluição.

É o resultado da vibração acústica capaz de produzir sensação auditiva. O som,

como poluição, está associado ao ‘ruído estridente’ ou ao ‘som não desejado’, sendo

assim este conceito de som (como poluição) é muito relativo. O som é medido pela

pressão que ele exerce no sistema auditivo humano. À medida em que a pressão

provoca danos à saúde humana, comportamentais ou físicos, ela deve ser tratada como

poluição.

9 – Quais os principais efeitos danosos do ruído à saúde humana?

- Perda auditiva (temporária ou permanente): temporária, quando se está exposto a

ruídos excessivos; permanente, quando ocorre uma perda neurossensorial de audição,

que é irreversível, causada geralmente pela exposição prolongada ao ruído e pelos sons

de alta frequência. Diversos profissionais estão sujeitos a esses danos permanentes:

operadores de caldeiras, de tratores, de prensas, de bate-estacas e outras máquinas com

nível de ruído alto, motoristas de ônibus e táxis, mecânicos, empregados de bares e

restaurantes, etc;

- Interferência na fala: a fala é afetada pela perda auditiva e pela presença de sons que

competem pela atenção do ouvinte (mascaramento);

- Perturbações do sono: a perturbação do sono ocorre em ambientes com ruídos acima

de 35 dB. Esse limite é recomentado para preservar o sono;

- Estresse e hipertensão: ruídos instantâneos, de alta frequência, podem constringir

artérias, dilatar pupilas, tencionar músculos e aumentar o batimento cardíaco e a pressão

arterial, causando tremedeira, parada respiratória e espasmos estomacais.

10 – Como podem ser feitos a avaliação do nível e o controle de ruídos?

A avaliação do nível do ruído pode ser feita por dois critérios básico: conforto

acústico e ocupacional. O controle do ruído para conforto acústico é regulamentado pela

resolução Conama 01, de 08 de março de 1990, na qual é estabelecido que os níveis de

ruído prejudiciais à saúde e ao sossego público são estabelecidos na norma NBR

10.152, de dezembro de 1987. O critério ocupacional trata dos efeitos auditivos

causados pelo ruído (Portaria n° 3.214 R 15, de 08.06.78, do Ministério do Trabalho).

Para ruídos contínuos, a legislação estabelece os limites pela Relação Tempo x Decibéis

para critério ocupacional. O controle do ruído pode ser feito na fonte, no percurso ou no

receptor. O controle na fonte envolve atividades de modificação do projeto, realocação

ou substituição de equipamentos e ações mecânicas (isolamento acústico, abafadores e

confinamento). O controle no percurso é feito pela introdução de barreiras entre a fonte

e o receptor. O controle no receptor envolve as ações de controle administrativo (limitar

a duração da exposição) e a utilização de equipamentos de proteção individual.

11 – Explique a dispersão de poluentes na atmosfera.

O perfil térmico da atmosfera tem relação direta com a capacidade de dispersão

de poluentes por mistura vertical. O decréscimo de temperatura com a altitude (sem

troca de calor), é chamado de gradiente de temperatura adiabático seco. Quando a

temperatura da atmosfera diminui mais rápido que a adiabática, a atmosfera é dita

superadiabática (instável), assim do ponto de vista de poluição do ar, essa condição é

desejada para dispersar rapidamente os poluentes na atmosfera. Se a temperatura da

atmosfera diminuir mais lentamente do que a adiabática, a atmosfera é dita

subadiabático. O estado subadiabático não proporciona a mistura vertical, dada a

estabilidade do ar. Em situações críticas de poluição do ar, essa estabilidade diminui o

potencial de dispersão da atmosfera e, consequentemente, propicia o surgimento de

episódios críticos de poluição em razão da alta concentração de poluentes.

12 – Fale sobre as inversões térmicas.

As inversões térmicas são um caso extremo quando a temperatura aumenta com

a altitude, nessa situação o ar é consideravelmente estável e os índices de poluição

tendem a se elevar, dependendo também da carga de poluentes. Podem ocorrer de

diversas formas, sendo as principais: por radiação, por subsistência e por combinação

dos dois casos. A inversão por radiação ocorre, na maioria das vezes, no inverno. Em

um dia frio e sem nuvens, o aquecimento solar pode resultar em temperaturas

relativamente altas ao nível do solo durante o final da manhã e à tarde. Entretanto, à

noite, quando geralmente é bem mais frio, a superfície do solo sofre um resfriamento

intenso, de tal forma que as camadas superiores de ar permanecem mais quentes,

gerando uma camada de inversão em altitudes da ordem de 100 metros. No decorrer do

dia, esse perfil volta a se inverter, principalmente pelo aquecimento do solo. Esse tipo

de inversão não ocorre em dias nublados; sua formação pode ser reduzida pelo vento e,

em áreas desérticas, ocorre em aproximadamente 90% das manhãs. A inversão térmica

por subsistência, ocorre em altitudes maiores (mais de 1000 m) e dura alguns dias. Esse

tipo de inversão deve-se ao fenômeno da subsidência do ar (correntes de ar

descendentes), formado pela diferença de pressão existente entre grandes massas de ar

que se deslocam na atmosfera. À medida que o ar desce para altitudes mais baixas e de

maiores pressões, ele sofre um processo de compressão que aumenta a sua temperatura.

Em situações extremamente críticas podem ocorrer simultaneamente os dois tipos de

inversão.

13 – Cite e exemplifique os principais tipos de plumas de poluentes atmosféricos.

- Looping: Ocorre em que o perfil térmico é superadiabático (Temperatura diminui mais

rápido que a adiabática). Acontece durante dias de céu claro com poucas nuvens e muita

insolação. A turbulência de origem térmica provoca grandes turbilhões que dispersam

rapidamente a nuvem de poluição;

- Coning: Ocorre em que o perfil térmico é subadiabático (Temperatura aumenta mais

rápido que a adiabática). Têm a forma cônica e proporciona uma dispersão menor do

que da pluma em looping. Ocorre em dias nublados e com ventos moderados;

- Fanning: Ocorre quando toda a massa de poluentes está contida em uma camada onde

ocorre aumento da temperatura com a altitude. A mistura vertical quase inexiste em

decorrência da estabilidade do ar. A mistura horizontal é também muito baixa por causa

da falta de ventos;

- Fumigation: Ocorre quando o lançamento de efluentes é feito abaixo da camada de

inversão. A medida que o sol aquece a superfície do solo, a inversão desaparece,

favorecendo a dispersão;

- Lofting: Ocorre quando o lançamento de efluentes é feito acima da camada de

inversão térmica por subsidência (deve-se ao fenômeno de correntes de ar descendentes,

formado pela diferença de pressão existente entre grandes massas de ar que se deslocam

na atmosfera. À medida que o ar desce para altitudes mais baixas e de maiores pressões,

ele sofre um processo de compressão que aumenta sua temperatura);

- Trapping: Situação quando a pluma fica retida entre duas camadas de inversão (mais

difícil a dispersão).

14 – Descreva a modelagem matemática do transporte de poluentes atmosféricos na

pluma gaussiana.

O modelo de pluma gaussiana considera que a dispersão de uma pluma lançada

ao ar pontualmente se dá de modo tal que a concentração dos componentes da pluma em

função da posição relativa a fonte tem comportamento gaussiano. Isto pode ser avaliado

empiricamente observando-se emissões de plumas por chaminés sob determinadas

condições atmosféricas. O modelo da pluma gaussiana é obtido adotando-se várias

hipóteses, conforme apresentado a seguir, sendo que o sistema de coordenadas

cartesianas adotado está apresentado na Figura abaixo:

- Escoamento atmosférico em regime permanente ao longo da direção x, com

velocidade U uniforme;

- Taxa constante de emissão de poluente, sendo Q a sua vazão mássica (massa

despejada na atmosfera por unidade de tempo);

- A coordenada vertical de despejo é dada por H, a qual resulta da soma da altura h da

Fonte de despejo mais a ascensão da pluma por excesso de momentum e boiância, ou

Seja, H é a altura efetiva da emissão;

- As coordenadas horizontais do despejo são x = 0 e y = 0.

A solução deste problema, de acordo com Boubel et. Al (1994), é dada por:

Espaço semi-infinito na direção z > 0, com o solo localizado em z = 0.