Poluentes Atmosféricos

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Poluentes Atmosf Poluentes Atmosfé ricos ricos (quinas Prim quinas Primá rias) rias) JORGE R. HENRÍQUEZ GUERRERO GRUPO DE ENGENHARIA TÉRMICA (GET) DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO JORGE R. HENRÍQUEZ GUERRERO GRUPO DE ENGENHARIA TÉRMICA (GET) JORGE R. HENRÍQUEZ GUERRERO GRUPO DE ENGENHARIA TÉRMICA (GET) Poluição atmosférica São considerados poluentes atmosféricos aquelas substâncias adicionadas ao ar em quantidade suficiente para produzir mudanças físico-química na atmosfera que afete negativamente a saúde ou sobrevivência do homem ou de outros organismos vivos. Os poluentes podem ser classificados em dois grupos: Aqueles emitidos diretamente por uma fonte identificável – “poluentes primários” Aqueles produzidos no ar por interação entre duas ou mais substâncias, sejam elas poluentes ou não “poluentes secundários”.

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Poluentes AtmosfPoluentes Atmosfééricosricos((MMááquinas Primquinas Primáárias)rias)

JORGE R. HENRÍQUEZ GUERRERO

GRUPO DE ENGENHARIA TÉRMICA (GET)

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO

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Poluição atmosférica

São considerados poluentes atmosféricos aquelas substâncias adicionadas ao ar em quantidade suficiente para produzir mudanças físico-química na atmosfera que afete negativamente a saúde ou sobrevivência do homem ou de outros organismos vivos.

Os poluentes podem ser classificados em dois grupos:

• Aqueles emitidos diretamente por uma fonte identificável –

“poluentes primários”

• Aqueles produzidos no ar por interação entre duas ou mais substâncias, sejam elas poluentes ou não

“poluentes secundários”.

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PrimPrimáários: são aqueles lanrios: são aqueles lanççados diretamente na atmosfera como ados diretamente na atmosfera como resultado de processos industriais; processos de combustão, causresultado de processos industriais; processos de combustão, causas as naturais ( emissões vulcânicas, processos micronaturais ( emissões vulcânicas, processos micro--biolbiolóógicos, incêndios gicos, incêndios florestais), motores de combustão interna (emissões veiculares);florestais), motores de combustão interna (emissões veiculares); etc. etc.

ÓÓxidos de enxofre, xidos de enxofre, óóxidos de nitrogênio, particulados; monxidos de nitrogênio, particulados; monóóxidos de xidos de carbono; dicarbono; dióóxidos de carbono, etc.xidos de carbono, etc.

Poluentes gasosos primPoluentes gasosos primááriosrios

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SecundSecundáários: são produzidos por rearios: são produzidos por reaçções quões quíímicas que ocorrem na micas que ocorrem na atmosfera entre poluentes primatmosfera entre poluentes primááriosrios

•• FormaFormaçção do ozônio estratosfão do ozônio estratosfééricorico•• FormaFormaçção de ão de PeroxiacetilPeroxiacetil nitrato (PAN) como resultado da reanitrato (PAN) como resultado da reaçção ão

de de óóxidos de nitrogênio com hidrocarbonetos na atmosfera.xidos de nitrogênio com hidrocarbonetos na atmosfera.•• ÁÁcido sulfcido sulfúúricorico•• ÁÁcido ncido níítricotrico•• SMOG FotoquSMOG Fotoquíímico (Ozônio mico (Ozônio –– NOxNOx-- Componentes Orgânicos Componentes Orgânicos

volvolááteis SO2teis SO2-- AerossAerossóóis e materiais particulados is e materiais particulados –– ReaReaçção com luz ão com luz solar) solar)

Poluentes gasosos SecundPoluentes gasosos Secundááriosrios

Presença de Smog na cidade de Pequim

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Nos gases efluentes do processo de combustão encontraNos gases efluentes do processo de combustão encontra--se vse váários rios constituintes poluentes.constituintes poluentes.

Óxidos de nitrogênio (NOx) ⇒ NO, NO2Material particulado (Orgânicos, Inorgânicos)Composto de Enxofre (SOx) ⇒ SO2, SO3, H2SO4

COCompostos Orgânicos Voláteis (VOC)

CO2 ⇒ A abordagem como poluente é recente e controversa

Em equipamentos operando em condições normais são emitidos a taxas muito pequenas

Mais Mais preocupantespreocupantes

Combustão e Poluição:

Os processos de combustão industrial são importantes fontes de emissão de compostos químicos para o ambiente.

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AtmosferaAtmosfera

A atmosfera seca A atmosfera seca éé constituconstituíída por cerca de 78% (em volume) de da por cerca de 78% (em volume) de nitrogênio; 20,9% de oxigênio; 0,9% de argônio; 0,035% de dinitrogênio; 20,9% de oxigênio; 0,9% de argônio; 0,035% de dióóxido xido de carbono e outros gases em pequenas concentrade carbono e outros gases em pequenas concentraçções.ões.

0,00011%Criptônio (Kr)

0,000004%Ozônio (O3)0,00017%Metano (CH4)

0,00003%Óxido Nitroso (N2O)

0,00052%Hélio (He)

0,00005%Hidrogênio (H2)

0,0018%Neônio (Ne)

Outros gases:

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Estratosfera (50 km): O aumento de temperatura nesta região ocorre devido a absorção de radiação de onda curta (solar) pelo ozônio.Entre 20 e 30 km situa-se a camada de ozônio (maior concentração de ozônio)

Na troposfera (15 km): Temperatura diminui coma altitude, fenômenos naturais podem alterar esta condição (por pouco tempo) ocasionando o fenômeno de inversão térmica, que prejudica a dispersão de poluentes.Nesta região o ar se mantém bem misturado

75% da massa da atmosfera está contida da altitude até 10 km (basicamente a troposfera)

99% da massa de ar está contido da altitude e 33 km (envolvendo toda troposfera e parte da estratosfera)

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Não Não éé um problema de poluium problema de poluiçção ou não estão ou não estáá relacionado com este. relacionado com este. Entretanto, quando ocorre inversão tEntretanto, quando ocorre inversão téérmica a dispersão de poluentes rmica a dispersão de poluentes fica comprometida. fica comprometida. ÉÉ um agravante do problema de poluium agravante do problema de poluiçção.ão.

Durante o processo de inversão tDurante o processo de inversão téérmica observarmica observa--se um aumento da se um aumento da temperatura, constituindo um regime extremamente esttemperatura, constituindo um regime extremamente estáável.vel.

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Inversão tInversão téérmicarmica

Superfície Quente

Superfície FriaEstratificação térmica

Superfície Quente

Superfície FriaEstratificação térmica

y (dT/dy) > 0

Superfície Quente

Superfície FriaEstratificação térmica

Superfície Quente

Superfície FriaEstratificação térmica

y (dT/dy) > 0

Superfície Quente

Superfície Fria

Fenômeno convectivo

Superfície Quente

Superfície Fria

Fenômeno convectivo

y

(dT/dy) < 0

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Inversão por advecção

O ar quente é resfriado ao entrar em contato com uma superfície fria (mar, lago, neve, etc.)

Este tipo de inversão também é conhecidacomo inversão superficial

Inversão por drenagem

O ar em contato com a terra nas colinas de um vale resfria-se à noite, drenando (descendendo). Cria-se, assim, uma piscina de ar frio coberta por ar quente. Se a inversão é tão forte como para formar um nevoeiro no vale, este vai refletir a luz solar, fazendo com que a inversão persista um tempo maior.

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Inversão por radiação: Acontece em noites claras, sem vento. a terra resfria-se intensamente devidos as perdas de calor por radiação ao espaço.

Inversão frontal:Inversão frontal: Acontece na interface de duas massas de ar com Acontece na interface de duas massas de ar com temperaturas diferentes.temperaturas diferentes.

TopografiaTopografia

A topografia de uma região exerce um papel importante no A topografia de uma região exerce um papel importante no comportamento dos poluentes na atmosfera.comportamento dos poluentes na atmosfera.

Fundos dos vales são lugares propFundos dos vales são lugares propíícios para o aprisionamento dos cios para o aprisionamento dos poluentes. Principalmente quando ocorre inversão tpoluentes. Principalmente quando ocorre inversão téérmica, esses rmica, esses locais são transformados em verdadeiras câmaras de concentralocais são transformados em verdadeiras câmaras de concentraçção e ão e de reade reaçção principalmente na ocorrência de ão principalmente na ocorrência de smogsmog fotoqufotoquíímico.mico.

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Do ponto de vista espacial as fontes de poluiDo ponto de vista espacial as fontes de poluiçção podem ser ão podem ser classificadas em mclassificadas em móóveis e estacionveis e estacionáárias.rias.

Uma chaminUma chaminéé de indde indúústria que emite poluentes stria que emite poluentes éé considerada considerada uma fonte estacionuma fonte estacionáária de poluiria de poluiçção ão →→ Produz cargas pontuais de Produz cargas pontuais de poluentes.poluentes.

VeVeíículos são considerados fontes mculos são considerados fontes móóveis de poluiveis de poluiçção ão →→ Produzem Produzem cargas difusas de poluicargas difusas de poluiçção.ão.

Do ponto de vista do controle da poluiDo ponto de vista do controle da poluiçção esta distinão esta distinçção ão ééfundamental fundamental →→ O enfoque do tratamento do problema O enfoque do tratamento do problema éé diferente diferente para cada caso.para cada caso.

Poluição do Ar em Diferentes Escalas Espaciais

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Pensando na Dimensão da Pensando na Dimensão da áárea atingida pelo problema de poluirea atingida pelo problema de poluiçção do ar, ão do ar, podemos distinguir entre:podemos distinguir entre:

Problemas Locais

Os problemas globais envolvem toda a Os problemas globais envolvem toda a ecosferaecosfera, exigindo esfor, exigindo esforçços os mundiais para enfrentmundiais para enfrentáá--los e constatlos e constatáá--los:los:

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• Imediação de uma indústria• Uma cidade (algumas regiões da cidade com alta concentração

de indústrias, alto fluxo de veículos, um ponto geográfico que favorece fenômenos de inversão térmica e onde haja considerável emissão de poluentes, etc.)

Os problemas locais dizem respeito a problemas de poluição numa região relativamente pequena:

Problemas Globais

Efeito EstufaEfeito EstufaChuva Chuva ÁÁcidacidaDestruiDestruiçção da camada de ozônio estratosfão da camada de ozônio estratosfééricorico

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O tempo de residência das substância emitidas para a atmosfera tem uma relação direta com a escala da poluição (local ou global).

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Efeito EstufaSignifica aumento da temperatura da terra provocada pela maior

retenção na atmosfera de radiação infravermelha em função do aumento da concentração de certos gases que têm essa propriedade:

Gás carbônico (CO2)Metano (CH4)Clorofluorcarbono → CFCsÓxido nitroso

Sabe-se que a camada de gases que envolvem a terra tem uma função importante na manutenção da vida no planeta pela retenção de calor que ela proporciona → Efeito Estufa Natural

O aumento dessa retenção de calor pelo aumento de concentração dos gases absorventes de radiação infravermelha tornou-se um problema

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Mecanismo que origina o Efeito EstufaMecanismo que origina o Efeito Estufa

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Efeito Estufa (Atmosfera versus RadiaEfeito Estufa (Atmosfera versus Radiaçção solar e tão solar e téérmica)rmica)

•• A atmosfera terrestre A atmosfera terrestre éé quase totalmente transparente quase totalmente transparente àà radiaradiaçção ão solar incidente. Uma pequena frasolar incidente. Uma pequena fraçção dessa radiaão dessa radiaçção ão (principalmente luz vis(principalmente luz visíível) vel) éé refletida de volta ao esparefletida de volta ao espaçço.o.

•• PorPoréém a maior parte dessa radiam a maior parte dessa radiaçção atinge a superfão atinge a superfíície da Terra, cie da Terra, onde onde éé absorvida e reemitida em todas as direabsorvida e reemitida em todas as direçções como ões como radiaradiaçção tão téérmica (infravermelho).rmica (infravermelho).

•• Certos gases presentes na atmosfera não são transparentes Certos gases presentes na atmosfera não são transparentes ààradiaradiaçção tão téérmica, não deixando este tipo de radiarmica, não deixando este tipo de radiaçção passar de ão passar de volta para o espavolta para o espaçço, resultando no aquecimento da atmosfera, o, resultando no aquecimento da atmosfera, aumentando a temperatura da superfaumentando a temperatura da superfíície da Terra.cie da Terra.

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Efeito Estufa (Atmosfera versus RadiaEfeito Estufa (Atmosfera versus Radiaçção solar e tão solar e téérmica)rmica)

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Efeito Estufa (Atmosfera versus RadiaEfeito Estufa (Atmosfera versus Radiaçção solar e tão solar e téérmica)rmica)

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Efeito Estufa (Atmosfera versus RadiaEfeito Estufa (Atmosfera versus Radiaçção solar e tão solar e téérmica)rmica)

Radiaçãosolar

direta

difusadifusa

diretarefletida

diretarefletida

difusarefletida

Radiação solartransmitida

Radiação solarincidente

Radiação solarrefletida

Radiaçãoinfravermelha

emitida pelo vidro

Condução najanela

Convecção

Efeitos semelhantes

Radiação solar e térmica na atmosfera

Radiação solar e térmica numa janela de vidro

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Efeito Estufa (Atmosfera versus RadiaEfeito Estufa (Atmosfera versus Radiaçção solar e tão solar e téérmica)rmica)

Absortividade de radiação eletromagnética em gases

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De 1958 a 1984 a concentração aumentou de 315 para 343 ppm

TP Whorf Scripps, Mauna Loa Observatory, Hawaii, Institution of Oceanography (SIO), University of California La Jolla, California, United States, 1999

http://www.grida.no/climate/vital/07.htm

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Estima-se que desde a revolução industrial até o momento o aumento de CO2 seja de 25%

Foi constatado que esse aumento é maior no hemisfério norte devido à maior queima de combustíveis fósseis

Esses dados e as conseqüências previstas ainda geram muitas dúvidas. Como explicar a diminuição da temperatura média global entre 1940 e 1965?

Importante: Efeito de outros gases metano metano éé 20 vezes mais efetivo na reten20 vezes mais efetivo na retençção de calor.ão de calor.

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A queima de combustA queima de combustííveis fveis fóósseis sseis éé responsresponsáável pela maior parcela vel pela maior parcela do dido dióóxido de carbono emitido para a atmosfera.xido de carbono emitido para a atmosfera.O COO CO22 éé responsresponsáável por 55% do efeito estufavel por 55% do efeito estufaMetano e Metano e óóxido nitroso são emitidos por atividades agrxido nitroso são emitidos por atividades agríícolas, colas, mudanmudançça no uso da terra e outra fontes. São responsa no uso da terra e outra fontes. São responsááveis juntos veis juntos por 21% do efeito estufapor 21% do efeito estufaOs Os clorofluorcarbonosclorofluorcarbonos participam com 24%participam com 24%

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A solução é diminuir a emissão por queima de combustível, utilizando

Fontes alternativas de energiaMelhorias no sistema de transporte coletivoControle do desmatamento mundial

Protocolo de Protocolo de KyotoKyoto (Japão)(Japão)Dezembro 1997: 160 países chegaram a um acordo que limita legalmente as emissões de gases estufa nos países industrializadosEntre 2008 e 2012 → Redução média de 5% (com base em 1990)Proposições que causam dificuldades nas negociações:

Consideráveis interesses econômicos envolvidos, principalmente dos produtores de carvão e petróleoA posição da União Européia, que pode reduzir mais facilmente suas emissões do que Japão e EUA

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Controle do efeito estufa:

O controle do efeito estufa passa pelo controle da emissão de COO controle do efeito estufa passa pelo controle da emissão de CO22

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Comercio de CarbonoComercio de Carbono

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Mercado de limites e trocas

Sistema de compensação

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Transformação química da atmosfera

Deposição úmida: Gases solúveis dissolvidos pela chuva

Deposição seca: Compostos arrastados pelos vento em direção ao solo.

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Ciclo do Carbono

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Ciclo do Nitrogênio

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Ciclo do Enxofre

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Chuva Chuva ÁÁcidacida

óóxidos de enxofre xidos de enxofre

óóxidos de nitrogênio xidos de nitrogênio

principais responsprincipais responsááveis veis pela chuva pela chuva áácida.cida.

No equilíbrio o pH desta solução é 5,6 (naturalmente ácida pelo dióxido de carbono)

A chuva apresenta naturalmente uma leve acidez devido à presença de dióxido de carbono na atmosfera.

( ) ( ) ( )aqCOHaqOHgCO 3222 ↔+ Formação de ácido carbônico

Qualquer chuva com pH abaixo de 5,6 éconsiderado excessivamente ácido. CHUVA ÁCIDA

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Chuva Chuva ÁÁcidacida

Reações na atmosfera que conduzem à formação de chuva ácida

( ) ( ) )g(SOgOgSO 3221

2 →+

( ) ( ) ( )aqSOHaqOHgSO 4223 →+

Tri-óxido de enxofre

Ácido sulfúrico

( ) ( ) )aq(SOHaqOHgSO 3222 →+ Ácido sulfuroso

)aq(SOHOSOH 42221

32 →+ Ácido sulfúrico

OH2SOH2OH2SOH2

NOSOHNOSOH

OSOHOSOH

2422232

42232

242332

+→+

+→+

+→+

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Chuva Chuva ÁÁcidacida

Reações na atmosfera que conduzem à formação de chuva ácida

32 HNOHONO →+

2332 ONOONO +→+

Ácido nítrico

5232 ONNONO →+

3252 HNO2OHON →+

Ácido nítrico

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Chuva Chuva ÁÁcida cida -- Extensão do efeito

“A usina termoelétrica de Candiota, em Bagé, no Rio Grande do Sul, provoca a formação de chuvas ácidas no Uruguai”

“Canadá sofre com a poluição dos EUA”

O tempo médio para transformação do SO2 em ácido sulfúrico é de aproximadamente 2 dias

Dependendo da velocidade dos ventos, o poluente pode atingir áreas distantes

Problema Global

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Chuva Chuva ÁÁcida cida -- Efeito

►► Chuva Chuva ÁÁcida provoca:cida provoca:AcidificaAcidificaçção dos solos com perdas de produtividade na agricultura ão dos solos com perdas de produtividade na agricultura devido devido àà ::

Eliminação de organismos que contribuem para o desenvolvimento do solo

DestruiDestruiçção de florestasão de florestasataque das folhas das arvores deixando-as mais vulneráveisefeitos sobre as raízes

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Chuva Chuva ÁÁcida cida -- Efeito

DestruiDestruiçção de obras civis e monumentosão de obras civis e monumentos

AcidificaAcidificaçção da ão da áágua de Lagos e Reservatgua de Lagos e Reservatóórios para Abastecimentorios para Abastecimento

Efeitos sobre a vida aquática

Desgaste em equipamentos, tubulações, turbinas, bombas,etc.(por exemplo na produção de energia elétrica)

FormaFormaçção de partão de partíículas de sulfato de amônia (NHculas de sulfato de amônia (NH442SO2SO44) devido ) devido ààpresenpresençça de Ha de H22SOSO44 na atmosferana atmosfera

Deposição seca no solo ou são dissolvidas pela chuva(o ácido sulfúrico que permanece fixado nas partículas pode ser

inalado, causando sérios problemas respiratórios)

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Chuva Chuva ÁÁcida cida -- Efeito

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Poluentes

►► Material Particulado (MP)Material Particulado (MP)

São formados por partSão formados por partíículas sculas sóólidas e llidas e lííquidas que ficam suspensas quidas que ficam suspensas no ar, emitidas na forma de poeira no ar, emitidas na forma de poeira –– fumafumaçça a –– nnéévoavoaPartPartíículas de pequeno diâmetro (<2,5 culas de pequeno diâmetro (<2,5 µµm) são prejudiciais m) são prejudiciais àà sasaúúde de →→ Podem atingir os alvPodem atingir os alvééolos pulmonaresolos pulmonaresQuanto mais fina for a partQuanto mais fina for a partíícula, mais profundamente ela pode cula, mais profundamente ela pode atingir e se depositar no aparelho respiratatingir e se depositar no aparelho respiratóóriorioAs principais fontes são:As principais fontes são:

Processos industriaisProcessos industriaisQueima de combustQueima de combustííveis fveis fóósseis, principalmente em vesseis, principalmente em veíículos culos automotores com motor a dieselautomotores com motor a dieselPoeira de ruaPoeira de ruaQueima de biomassaQueima de biomassaAerossol secundAerossol secundááriorio

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Poluentes : Material Particulados

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Poluentes : Material Particulados

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Poluentes : Material Particulados

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O particulado com tamanho inferior a 0,1 µm é denominado fuligem A sua formação está associada às reações de craqueamento dos hidrocarbonetos (complexas reações em fase gasosa que geram núcleos condensados sólidos)

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Poluentes : Material Particulados – Medição

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Amostragem de grande volume (Particulados MP10)

As partículas são coletadas num filtro de microquartzo ou de fibra de vidro, pesado antes (tara) e após (bruto) a amostragem.

é um coletor de grande volume para partículas menores que 10 µm no ar ambiente. Seu princípio de funcionamento é por impactação inercial.

Período de amostragem típico: 24 horas

Vazão no aparelho: em torno de 1,13 m³/min

A geometria da entrada da cabeça de separação favorece a coleta de apenas partículas com diâmetro aerodinâmico ≤10µm.

O volume de ar amostrado é corrigido para condições padrão (25°C, 760mmHg)

( )p

l

VMMP 6

10 10=MP10 – concentração de partículas totais em suspensão, µg/m³Ml – ganho líquido de MP10 no filtro durante a amostragem, gVp – volume de ar amostrado em unidade padrão de volume, m³ padrão

Poluentes : Material Particulados – Medição

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Poluentes : Material Particulados – Medição

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Ponta da sonda coletora isocinética de gases para medição de particulados

Poluentes : Material Particulados – Medição

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A amostragem não-isocinética causa um problema adicional. A distribuição em tamanho das partículas coletadas também será incorretamente determinada porque as partículas menores que aproximadamente 5µm não são afetadas pela inércia e são coletadas com qualquer Va.

A concentração dentro do instrumento utilizado para realizar a medida tem que ser a mesma daquela no escoa-mento do qual a amostra é extraída.

No caso de partículas, a velocidade de amostragem (Va) tem que ser idêntica à velocidade do escoamento (Ve). Isto caracteriza o que chamamos de amostragem isocinética.

As partículas mais pesadas não seguem as linhas de corrente do escoamento gasoso e não entram

na sonda de amostragem

o contrário ocorre se a amostra for coletada em uma velocidade menor que a velocidade do escoamento

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Poluentes : Material Particulados – Medição

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Opacímetro:

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INERCIAL, DIFUSIONALLAVADOR DE GÁSINTERCEPÇÃO DIRETAFILTRO DE MANGAS

ELETROSTÁTICAFILTRO ELETROSTÁTICOCENTRÍFUGASEPARADOR CICLONICO

GRAVITACIONALCAMARA DE SEDIMENTAÇÃOFORÇA DE SEPARAÇÃOSEPARADOR

Poluentes : Material Particulados – Controle

A emissão de particulados pode apresenta caracterA emissão de particulados pode apresenta caracteríísticas sticas diferentes com reladiferentes com relaçção ao tamanho e densidade das partão ao tamanho e densidade das partíículas , culas , concentraconcentraçções, etc.ões, etc.

As dimensões das partAs dimensões das partíículas representa a parâmetro mais culas representa a parâmetro mais importante para definir a tipo de separador que importante para definir a tipo de separador que éé posspossíível utilizar vel utilizar com alta eficiência.com alta eficiência.

Os equipamentos mais utilizados para o controle de Os equipamentos mais utilizados para o controle de particulados são:particulados são:

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RELARELAÇÇÃO ENTRE SEPARADORES DE PARTÃO ENTRE SEPARADORES DE PARTÍÍCULAS E DIMENSÕES DAS CULAS E DIMENSÕES DAS PARTPARTÍÍCULASCULAS

0,05µm

PRECIPITADORES ELETROSTÁTICOS0,01 µm

LAVADORES DE GÁS0,1µm

FILTROS DE MANGA

CICLONES DE ALTA EFICIENCIA5 µm

CICLONES50µm

CAMARA DE SEDIMENTAÇÃO

100µm

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Poluentes : Material Particulados – Controle

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CÂMARA DE SEDIMENTAÇÃO:

O princípio de separação desses sistema baseia-se na gravidade.

Velocidade terminal da partícula:Todas as partículas com velocidade terminal maior do que h/tr serão retiradas do sistema.

Tempo necessário para que a fração gasosa passe através da câmara

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Fazem uso da forFazem uso da forçça centra centríífuga sobre as partfuga sobre as partíículas como princculas como princíípio de pio de separaseparaçção.ão.

CICLONES

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A eficiência de um ciclone A eficiência de um ciclone éé maior com entrada tangencial do que com maior com entrada tangencial do que com entrada axial.entrada axial.

A forA forçça centra centríífuga fuga éé maior quando a entrada maior quando a entrada éé tangencial do que tangencial do que quando a rotaquando a rotaçção do fluido ão do fluido éé provoca por pprovoca por páás direcionadoras.s direcionadoras.

Entrada tangencial fluxo de retorno

Entrada axial e fluxo axial

Entrada axial-fluxo de retorno

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LAVADORES DE GLAVADORES DE GÁÁS S

São dispositivos que provocam a separaSão dispositivos que provocam a separaçção dos particulados por ão dos particulados por interminterméédio de uma lavagem do gdio de uma lavagem do gáás com s com áágua. Na maioria dos casos a gua. Na maioria dos casos a áágua gua éé nebulizada para formar pequenas gotas.nebulizada para formar pequenas gotas.

LAVADOR DE BANDEJALAVADOR DE BANDEJASão construSão construíídos em forma de torre vertical com uma ou mais bandejas dos em forma de torre vertical com uma ou mais bandejas perfuradas (ver figura abaixo).A lavagem do gperfuradas (ver figura abaixo).A lavagem do gáás ocorre durante o s ocorre durante o contato do mesmo com as gotas de contato do mesmo com as gotas de áágua no volume do lavador e gua no volume do lavador e durante o borbulhamento na camada de durante o borbulhamento na camada de áágua que cobre as bandejas.gua que cobre as bandejas.

A eficiência da separaA eficiência da separaçção aumenta com a diminuião aumenta com a diminuiçção do diâmetro dos ão do diâmetro dos oriforifíícios das bandejas. Para orifcios das bandejas. Para orifíícios de 3,2 cios de 3,2 µµm o diâmetro de corte m o diâmetro de corte éédpdpcc= 1,0 = 1,0 µµm (diâmetro das partm (diâmetro das partíículas que são separadas com 50% de culas que são separadas com 50% de eficiência).eficiência).

Principais parâmetros: Principais parâmetros: dpdpcc= 1,0 = 1,0 µµm; perda de carga de 2m; perda de carga de 2--3 3 kPakPa ; ; vvgg= = 1,0 m/s ; L/Q= 0,26 1,0 m/s ; L/Q= 0,26 -- 0,39 l/m0,39 l/m³³ [rela[relaçção (vazão de) lão (vazão de) lííquido / (vazão quido / (vazão de) gde) gáás]; consumo especs]; consumo especíífico de eletricidade (N) = 52 fico de eletricidade (N) = 52 -- 130 kWh / 130 kWh / 1000 m1000 m³³..

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Lavador de Bandeja:Lavador de Bandeja:

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Page 28: Poluentes Atmosféricos

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Torre de Torre de NebulizaNebulizaççãoão::

Nesse equipamento o gNesse equipamento o gáás circula em contra corrente atravs circula em contra corrente atravéés de s de gotgotíículas de culas de áágua nebulizadas no interior do separador.gua nebulizadas no interior do separador.

Os principais parâmetros são:Os principais parâmetros são:

dpdpcc= 1,1 = 1,1 µµm ; m ;

vvgg= 0,98 = 0,98 -- 1,8 m/s ; 1,8 m/s ; ∆∆p= 0,2 p= 0,2 -- 2,0 2,0 kPakPa ; ; L/Q= 0,05 L/Q= 0,05 -- 10 l/m10 l/m³³ ;;N= 13,8 N= 13,8 -- 52 kWh /1000 m52 kWh /1000 m³³

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LAVADOR VENTURILAVADOR VENTURI

Nesse tipo de separadores a Nesse tipo de separadores a áágua entra na garganta do gua entra na garganta do venturiventuri jjáánebulizada por um sistema de bocais. nebulizada por um sistema de bocais. A eficiência da separaA eficiência da separaçção ão éé funfunçção do tamanho e trajetão do tamanho e trajetóória das gotas, ria das gotas, da velocidade do gda velocidade do gáás e da relas e da relaçção lão lííquido gquido gáás.s.

Os principais parâmetros são:Os principais parâmetros são:

dpdpcc= 0,1 = 0,1 -- 0,4 0,4 µµm ; m ;

vvgg= 40 = 40 -- 150 m/s ; 150 m/s ; ∆∆p= 0,3 p= 0,3 -- 20 20 kPakPa ; ; L/Q= 0,5 L/Q= 0,5 -- 5 l/m5 l/m³³ ;;N= 78 N= 78 -- 312 kWh /1000 m312 kWh /1000 m³³

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FILTROS DE MANGAFILTROS DE MANGAO processo de filtragem O processo de filtragem éé um dos mais antigos mum dos mais antigos méétodos de remotodos de remoçção ão de partde partíículas de um fluxo gasoso, apresentando uma ampla gama de culas de um fluxo gasoso, apresentando uma ampla gama de remoremoçção de partão de partíículas.culas.

Na figura ao lado observaNa figura ao lado observa--se a se a formaformaçção de camada de particulados ão de camada de particulados sobre o tecido do filtro.sobre o tecido do filtro.Essa camada Essa camada éé chamada de torta de chamada de torta de filtro (filtro (cakecake).).

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Poluentes : Material Particulados – Controle

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Poluentes : Material Particulados – Controle

FILTROS ELETROSTFILTROS ELETROSTÁÁTICOS TICOS

Nesses separadores o ar Nesses separadores o ar éé ionizado ao ser submetido a uma alta ionizado ao ser submetido a uma alta diferendiferençça de potencial entre um fio ionizador e uma placa coletora. Os a de potencial entre um fio ionizador e uma placa coletora. Os ííons formados depositamons formados depositam--se nas partse nas partíículas carregandoculas carregando--as as eletricamente (os particulados devem apresentar propriedades eletricamente (os particulados devem apresentar propriedades eleléétricas adequadas) e, em conseqtricas adequadas) e, em conseqüüência, proporcionando que as ência, proporcionando que as partpartíículas migrem para as placas coletoras.culas migrem para as placas coletoras.

Filtros de baixa tensão: 10 a 30 kVFiltros de baixa tensão: 10 a 30 kVFiltros de alta tensão: > 30 kVFiltros de alta tensão: > 30 kV

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Page 31: Poluentes Atmosféricos

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FILTROS ELETROSTFILTROS ELETROSTÁÁTICOS TICOS

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Poluentes : Material Particulados – Controle

GGáás incolor, com odor pungentes incolor, com odor pungente

Principais fontes:Principais fontes:Processos de queima de carvão mineral e Processos de queima de carvão mineral e óóleo combustleo combustíívelvelRefinarias de petrRefinarias de petróóleoleoEscapamentos de veEscapamentos de veíículos a diesel e gasolinaculos a diesel e gasolinaProduProduçção de celuloseão de celulose

Pode ser transformado (na atmosfera) em Pode ser transformado (na atmosfera) em tritrióóxidoxido de enxofre (SOde enxofre (SO33) ) →→ Na presenNa presençça de vapor de a de vapor de áágua passa rapidamente a gua passa rapidamente a áácido cido sulfsulfúúricorico

Pode causar:Pode causar:Desconfortos na respiraDesconfortos na respiraççãoãoDoenDoençças respiratas respiratóóriasriasAgravamento de doenAgravamento de doençças respiratas respiratóórias e cardiovasculares rias e cardiovasculares preexistentespreexistentes

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Poluentes : Dióxido de Enxofre (SO2)

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Poluentes : Dióxido de Enxofre - Controle

O controle da reduO controle da reduçção de ão de óóxidos de enxofre pode ser realizado;xidos de enxofre pode ser realizado;

•• Antes da combustão (preventivo) Antes da combustão (preventivo) •• Durante a combustãoDurante a combustão•• PPóóss--combustão (corretivo).combustão (corretivo).

PRPRÉÉ--COMBUSTÃOCOMBUSTÃO

A prevenA prevençção na formaão na formaçção de ão de óóxidos de enxofre xidos de enxofre éé realizado retirando o realizado retirando o enxofre do combustenxofre do combustíível antes da queima (vel antes da queima (DessulfurizaDessulfurizaççãoão do do CombustCombustíível)vel)

O processo de dessulfurização é caro e pode tornar o uso de determinado combustível inviável do ponto de vista econômico

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Poluentes : Dióxido de Enxofre - Controle

NA COMBUSTÃONA COMBUSTÃOAtuaAtua--se no processo de combustão de forma que um material se no processo de combustão de forma que um material absorvente iniba ou reduza a formaabsorvente iniba ou reduza a formaçção de SOão de SO22..

Queima em Leito Fluidizado:

O SOx pode ser eliminado em grande parte pela alimentação contínua de calcário ou dolomita (Carbonato de Cálcio e Magnésio - CaMg(CO3)2 ao leito.

O cálcio e magnésio reagem com o enxofre formando sulfatos, removidos posteriormente através de descargas controladas pela base ou topo do leito.

PPÓÓSS--COMBUSTÃOCOMBUSTÃOTrataTrata--se da limpeza dos gases apse da limpeza dos gases apóós a combustão, usando material s a combustão, usando material absorvente (absorvente (dessulfurizadessulfurizaççãoão dos produtos da combustão).dos produtos da combustão).

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GGáás incolor, inodoro e inss incolor, inodoro e insíípidopidoProvProvéém da combustão incompleta, principalmente em vem da combustão incompleta, principalmente em veíículos culos automotoresautomotoresReduz a capacidade do sistema circulatReduz a capacidade do sistema circulatóório transportar oxigênio rio transportar oxigênio (atua sobre a hemoglobina)(atua sobre a hemoglobina)

AAltos nltos nííveis de CO estão associados a prejuveis de CO estão associados a prejuíízo:zo:Dos reflexosDos reflexosNa capacidade de estimar intervalos de tempo Na capacidade de estimar intervalos de tempo No aprendizadoNo aprendizadoNo trabalho No trabalho Na capacidade visualNa capacidade visual

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Poluentes : Monóxido de Carbono (CO)

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Poluentes : Monóxido de Carbono (CO)

Page 34: Poluentes Atmosféricos

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Faz parte integrante da famFaz parte integrante da famíília dos lia dos óóxidos de nitrogênio presentes xidos de nitrogênio presentes na atmosfera (NO, NOna atmosfera (NO, NO22, N, N22O)O)O O óóxido nxido níítrico (NO) trico (NO) éé o de maior emissão e em geral transformao de maior emissão e em geral transforma--se em NOse em NO22

O O NONO22 éé um gum gáás marroms marrom--avermelhado muito irritanteavermelhado muito irritante

Principais fontes:Principais fontes:OxidaOxidaçção do ão do áácido ncido níítrico na atmosferatrico na atmosferaProcessos de combustão de veProcessos de combustão de veíículos automotoresculos automotoresProcessos industriaisProcessos industriaisUsinas tUsinas téérmicas que utilizam carvãormicas que utilizam carvãoTurbinas a gTurbinas a gááss

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Poluentes : ÓÓxidos de Nitrogênio (xidos de Nitrogênio (NONOxx))

Pode levar a formaPode levar a formaçção de ão de áácido ncido níítricotricoNitratos (aumenta o nNitratos (aumenta o núúmero de partmero de partíículas inalculas inalááveis na atmosfera)veis na atmosfera)Compostos orgânicos tCompostos orgânicos tóóxicosxicos

Os Os óóxidos de nitrogênio podem provocar efeitos diretos como serem xidos de nitrogênio podem provocar efeitos diretos como serem precursores de poluiprecursores de poluiçção fotoquão fotoquíímicamica

Estudos indicam que pessoas asmEstudos indicam que pessoas asmááticas e que sofrem doenticas e que sofrem doençças as pulmonares obstrutivas crônicas são muito senspulmonares obstrutivas crônicas são muito sensííveis aos impactos dos veis aos impactos dos óóxidos de nitrogênio sobre a funxidos de nitrogênio sobre a funçção pulmonarão pulmonar

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Poluentes : ÓÓxidos de Nitrogênio (xidos de Nitrogênio (NONOxx))

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Poluentes : ÓÓxidos de Nitrogênio (xidos de Nitrogênio (NONOxx))

Formação de ozônio

A presença do ozônio no nível do solo tem conseqüências completamente diferentes da sua presença na estratosfera.

Apresenta-se como um risco para a saúde humana, provocando problemas como tosse e diminuição de capacidade pulmonar.

Formação de smog fotoquímico

Durante a combustão formaDurante a combustão forma--se principalmente NO.se principalmente NO.

N2 do ar

NOx

N2 do comb

NOx térmicos

NOx rápidos

NOx do combustível

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Poluentes : ÓÓxidos de Nitrogênio (xidos de Nitrogênio (NONOxx) ) -- FormaFormaççãoão

A formação do NO não surge de um simples reação do oxigênio molecular sobre o nitrogênio.

Na realidade, o N2 atmosférico reage com átomos de oxigênio provenientes da dissociação do O2 ou da reação entre H e O2, formando os radicais O e OH

Page 36: Poluentes Atmosféricos

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FormaFormaçção de Tão de Téérmicos: cresce linearmente com a concentrarmicos: cresce linearmente com a concentraçção de ão de Oxigênio atômico e exponencialmente com a temperatura.Oxigênio atômico e exponencialmente com a temperatura.

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Poluentes : ÓÓxidos de Nitrogênio (xidos de Nitrogênio (NONOxx) ) -- FormaFormaççãoão

Mecanismo de Zeldovich

Formação de NOx rápidos: O NO se forma pela reação do nitrogênio do ar com radicais hidrocarbônicos (CH2, CH) formados no processo de combustão

• Forte dependência da relação ar/combustível.• Em processos convencionais, que operam com quantidade de

ar acima da estequiométrica, a formação de NO ativo não ésignificativa.

FormaFormaçção do ão do NONOxx combustcombustíível: vel: éé mais significativa com temperaturas mais significativa com temperaturas relativamente baixas (<1500relativamente baixas (<1500°°C).C).

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Poluentes : ÓÓxidos de Nitrogênio (xidos de Nitrogênio (NONOxx) ) -- FormaFormaççãoão

• O NO se forma no processo de combustão pela reação do nitrogênio do combustível com oxigênio.

• Os compostos orgânicos de nitrogênio sofrem decomposição térmica na câmara de combustão, resultando em compostos como NH3, HCN, CN, NH.

• Tais compostos participam de reações competitivas de oxidação e • de formação de nitrogênio molecular. Portanto, a formação do NO

combustível tende a ser maior nas regiões da câmara onde o teor de O2 for mais alto.

• A combustão de óleos com maior teor de nitrogênio tende a formar mais NO.

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Poluentes : ÓÓxidos de Nitrogênio (xidos de Nitrogênio (NONOxx) ) -- ControleControle

MMÉÉTODOS NA COMBUSTÃO (Preventivos):TODOS NA COMBUSTÃO (Preventivos):

InjeInjeçção de ão de ÁÁgua e Vapor: Diminuigua e Vapor: Diminuiçção da temperaturaão da temperatura

Combustão em leito Fluidizado: temperaturas menores do que em Combustão em leito Fluidizado: temperaturas menores do que em sistemas de queima de combustsistemas de queima de combustííveis sveis sóólidos pulverizadoslidos pulverizados

RecirculaRecirculaçção de produtos da combustão:ão de produtos da combustão:

Diminuição da temperatura e concentração de oxigênio no núcleo da chama.

Correspondentes a 20% da quantidade de ar necessário para a combustão, reduzem a temperatura máxima da chama em 120 a 130 °C.

Combustão Por Etapas: injetar menor quantidade de ar que o Combustão Por Etapas: injetar menor quantidade de ar que o necessnecessáário na zona primrio na zona primáária (região redutora) associado ao aporte ria (região redutora) associado ao aporte controlado do ar numa segunda zona de combustão, um pouco mais controlado do ar numa segunda zona de combustão, um pouco mais afastada dos queimadores para efetuar a queima completa do afastada dos queimadores para efetuar a queima completa do combustcombustíível.vel.

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Estagiamento do ar

• Esta técnica permite a redução do NOx combustível e o NOx térmico pois leva a temperaturas, ao longo da chama, menores e mais uniformes.

• Esta técnica pode reduzir as emissões de NOx em até 70 % e são largamente empregadas em equipamentos de combustão

Poluentes : ÓÓxidos de Nitrogênio (xidos de Nitrogênio (NONOxx) ) -- ControleControle

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Estagiamento do combustível

Técnica, conhecida como requeima (“reburning”),

Poluentes : ÓÓxidos de Nitrogênio (xidos de Nitrogênio (NONOxx) ) -- ControleControle

• Esta técnica visa reduzir na emissão de NOx pela sua conversão a nitrogênio molecular quando da sua passagem pela região onde a parcela minoritária de combustível é injetada.

• A imposição a essa região de uma condição redutora favorecerá as reações do NOx presente com radicais hidrocarbônicos do combustível, resultando em sua conversão a nitrogênio molecular.

• Há fornecimento de ar suplementar ao processo, ao final da câmara de combustão, objetivando a oxidação completa do combustível

• Independente do combustível utilizado na zona principal, gás natural é o combustível comumente injetado à frente da zona principal.

QueimadoresQueimadores com Baixa Emissão de com Baixa Emissão de NOxNOx: apresentam baixa : apresentam baixa concentraconcentraçção de Oão de O22 na sena seçção inicial da chama onde acontece a ignião inicial da chama onde acontece a igniçção ão A seqA seqüüência de uma região rica em combustência de uma região rica em combustíível e uma pobre, vel e uma pobre, éé obtida obtida nestes queimadores, por meios aerodinâmicos, diferentemente da nestes queimadores, por meios aerodinâmicos, diferentemente da queima por etapas, onde são utilizados injetores de combustqueima por etapas, onde são utilizados injetores de combustíível + ar vel + ar em diversos lugares da câmara de combustão.em diversos lugares da câmara de combustão.

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Poluentes : ÓÓxidos de Nitrogênio (xidos de Nitrogênio (NONOxx) ) -- ControleControle

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ReduReduçção Catalão Catalíítica Seletivatica Seletiva

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MMÉÉTODOS PTODOS PÓÓSS--COMBUSTÃO (Corretivos)COMBUSTÃO (Corretivos)

ReduReduçção Seletiva Nãoão Seletiva Não--CatalCatalíítica: redutica: reduçção do ão do NOxNOx atatéé NN22 pela adipela adiçção de ão de amônia sem uso de catalisadores.amônia sem uso de catalisadores.

ReduReduçção Catalão Catalíítica Seletiva: Redutica Seletiva: Reduçção de ão de NOxNOx para Npara N22 por injepor injeçção de ão de amônia com utilizaamônia com utilizaçção de catalisadores.ão de catalisadores.

Poluentes : ÓÓxidos de Nitrogênio (xidos de Nitrogênio (NONOxx) ) -- ControleControle

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Poluentes : MediMediççãoão

A análise de gases de combustão pode ser feita de maneira contínua, utilizando analisadores em linha ou de forma descontínua utilizando-se analisadores por amostragem.

Page 40: Poluentes Atmosféricos

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Poluentes : MediMediççãoão

Os analisadores, sejam eles contínuos ou descontínuos, utilizam como princípio de detecção e medição propriedades físicas e químicas das substâncias, sendo mais ou menos seletivos para cada tipo de gás.

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Poluentes : MediMediçção ão -- AbsorAbsorçção Quão Quíímicamica

Análise Orsat: Este método consiste em coletar uma amostra de gás dos produtos da combustão (gases de exaustão) e passar esta amostra através de soluções para absorver;

• Dióxido de carbono • Oxigênio • Monóxido de carbono.

Absorção de Dióxido de Carbono:1 parte de hidróxido de potássio e 2 partes de água destilada. Tem capacidade de absorver 20 vezes o seu volume.

Absorção de Oxigênio:5 gramas de ácido pirogálico em pó e 100 cm3 de hidróxido de potássio. Absorve 2 vezes o seu volume.

Absorção de Monóxido de Carbono:25 gramas de óxido de cobre; 500 cm3 de ácido hidroclórico comercial e aproximadamente 200 gr. de fio de cobre.

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Poluentes : MediMediççãoão

Análise Orsat:

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Poluentes : MediMediççãoão

Estes analisadores foram desenvolvidos para monitorar moléculas que possuam mais de um elemento químico em sua constituição.

Analisadores por absorAnalisadores por absorçção de radiaão de radiaçção infravermelhaão infravermelha

Espectro do infravermelho

Interação entre matéria e energia: Absorção de radiação

Quando a energia eletromagnética atravessa o material uma parte desta pode ser absorvida (depende da sua freqüência e do material)

O aumento de energia pode se manifestar, entre outras, através do aumento de vibração ou rotação molecular

750 nm 2,5 µm 25 µm 0,4 mm

IV distanteIV distanteIV mIV méédio dio (fundamental)(fundamental)IV prIV próóximoximo IV distanteIV distanteIV mIV méédio dio (fundamental)(fundamental)IV prIV próóximoximo

ν= hEλ=ν c

Aumento da temperatura

Elevação do nível orbital dos elétrons

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Poluentes : MediMediççãoão

Estes analisadores foram desenvolvidos para monitorar moléculas que possuam mais de um elemento químico em sua constituição.

Analisadores por absorAnalisadores por absorçção de radiaão de radiaçção infravermelhaão infravermelha

1600;37001600;3700HH22OO

29002900HClHCl

21502150COCO

675;2350;3625;3725675;2350;3625;3725COCO22

750;1050;1350;1625;1875;2900750;1050;1350;1625;1875;2900NONO

525; 1150;1350;2500525; 1150;1350;2500SOSO22

Banda de absorBanda de absorçção cmão cm--11GGááss

Observa-se na tabela que alguns gases possuem bandas de absorção sobrepostas. Isto pode interferir na análise em amostras com mais de um gás.

O conhecimento qualitativo do gás que será amostrado é fundamental na especificação do analisador, uma vez que é a partir deste conhecimento que o fabricante poderá projetar adequadamente dispositivos que eliminam a interferência devido a outros gases presentes na amostra.

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Poluentes : MediMediççãoão

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Poluentes : MediMediççãoão

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Poluentes : MediMediççãoão

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Poluentes : MediMediççãoão

Analisadores IR são muito seletivo.

Analisadores UV apresentam sensibilidade 10 vezes maior.

Analisador por radiaAnalisador por radiaçção Ultravioletaão Ultravioleta

A absorção de radiação ultravioleta por substância provoca a excitação dos elétrons de baixa energia.

As absorções de UV ocorrem em níveis eletrônicos e não moleculares como no caso do absorção de radiação no IR.

Comparando espectros de absorção IR e UV verifica-se que

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Poluentes : MediMediççãoão

Analisador por Quimioluminescência:

Luminescência é o fenômeno caracterizado pela emissão de luz de uma molécula que estava no seu estado excitado.

Existem três tipos de luminescência que são utilizadas em análise de gases:

• Fotoluminescência normalmente conhecida como fluorescência,

• Quimioluminescência

• Fotometria de chama.

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Poluentes : MediMediççãoão

É baseado na reação do NO com ozônio (O3) formando NO2 e O2 no estado eletronicamente excitado (inicialmente)

Estas moléculas são revertidas imediatamente ao estado fundamental emitindo fótons.

Esta emissão é detectada por um fotodetector cuja intensidade édiretamente proporcional à concentração de NO na amostra.

A quimioluminescência é amplamente utilizada para determinar a concentração dos óxidos de nitrogênio nos gases de combustão.

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Fontes BibliogrFontes Bibliográáficasficas

Combustíveis e Combustão Industrial, Roberto Garcia, Editora Interciência.

Introdução à Química Ambiental, Julio Cesar Rocha, André Henrique Rosa, Arnaldo Alves Cardoso, Editora Bookman

Emissões Atmosféricas em Processos Industriais de Combustão, IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo

Prevenção e Controle da Poluição nos Setores Energéticos, Industrial e de Transporte, Electo Eduardo Silva Lora, Editora Interciência.