Biologia - Ecologia - Poluição Atmosférica III - Modelagem de Dispersão

8/14/2019 Biologia - Ecologia - Poluio Atmosfrica III - Modelagem de Disperso

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Modelagem de dispersoatmosfrica

Prof. Dr. Aurlio A. Barreto Neto

Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental

Modelo matemtico

Modelos matemticos permitem

a representao e a simulao defenmenos que ocorrem no mundoreal, a partir de formulaesmatemticas.



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O modelo pode ser:

emprico (obtidos de observaes do fenmeno)

conceitual (obtido a partir da aplicao de teoriafsica conhecida)

determinstico (os resultados modelados no

variam) Estocstico (os resultados das modelagens

apresentam variabilidade estatstica)

Modelo matemtico


O que um modelo de disperso?

um modelo matemtico capaz de

estimar a concentrao de umdeterminado poluente em um receptor,localizado no espao, a partir domovimento de uma pluma.



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Para que modelamos a dispersode poluentes no ar?

Para conhecer a qualidade do ar e a eficinciade tcnicas de controle proposta para asemisses;

Para realizao de EIA para novosempreendimentos;

Planejamento da ocupaes territoriais;

Para avaliao da influncia das fontespoluidoras em uma determinada regio;


Emisses:Coordenadas da fonte; Altura fsica;Dimetro da chamin; Velocidade do gs;Temperatura do gs; Taxa de emisso dogs.

Meteorologia:Direo do vento; Velocidade do ventoClasse de estabilidade de Pasquill;Temperatura ambiente.

Receptores:Coordenadas (x, y);Alturas (z).

Simulao de fenmenos qumicos e fsicos naatmosfera.

Estimao de concentraes de poluentes emreceptores.

Estrutura de um modelo dedisperso:



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Modelagem de disperso em um EIA

Estudo de caso: EIA para ampliao da CST

A simulao da disperso de poluentes atmosfricos foi dividida emdois grupos:

Grupo A: Apenas as fontes adicionais ao processo produtivo da CST,sem as instalaes da coqueria.

Grupo B: As fontes da coqueria, tanto em operao normal quanto sobsituaes que causariam impactos de menor durao mas de maiorimportncia, como manuteno de caldeiras e de turbinas.




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Incremento de concentraes simuladas de PM10 Projeto Ampliao da CST.


Incremento de concentraes simuladas de Dixido de Enxofre Projeto Ampliao da CST.



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Incremento de concentraes simuladas de Dixido de Enxofre Projeto COQUERIA Heat Recovery.


Incremento de concentraes simuladas de PM10 ProjetoCOQUERIA Heat Recovery.



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Incremento de concentraes simuladas de xidos de Nitrognio Projeto COQUERIA Heat Recovery.


O modelo Gaussiano

O modelo gaussiano baseado na idia

de que a distribuio da concentrao deum poluente na direo x (direo dovento), depois de lanado na atmosfera,obedece a uma distribuio gaussiana (ounormal) nas direes z (vertical) e y(horizontal)



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Popularizou-se na dcada de 70;

Muito utilizado para estudos de dispersoatmosfrica;

Considera a taxa de emisso contnua econstante;

Suas limitaes: Considera o vento constante; Considera a topografia plana;

Considera a conservao da massa;

Considera a atmosfera estvel.

O modelo Gaussiano


Distribuio Gaussiana (normal)



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Distribuio Gaussiana (normal)


O modelo Gaussiano

Z

y

x

(x, -y, Z)

(x, -y, 0)

(x, 0, 0)

hH



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Formulao matemtica

( )( ) ( )

++

=

2z

2

2z

2

2y

2

zy 2

Hzexp

2

Hzexp

2

yexp

u2

QHz,y,x,C

C = concentrao de poluentes, g/m3;x, y, z = coordenadas cartesianas ou espaciais do ponto onde se

deseja calcular a concentrao do contaminante, m;Q = taxa de emisso de poluentes, g/s;

H = altura efetiva da chamin, m;

= pi, 3,14159;u = velocidade mdia do vento, m/s;

y = desvio padro da concentrao da pluma na direo y, m;

z = desvio padro da concentrao da pluma na direo z, m;exp = base do logaritmo natural, 2,71828183;


Classes de estabilidade de Pasquill:

DDDDC>6

DDDC - DC5 6

EDCB CB3 5

FECBA - B2 - 3

--BA - BA 4/8FracaModeradaForte

Frao de coberturade nuvens

noite*

Insolao (radiao solar)Velocidade dovento a 10 m

dasuperfcie

(m/s)

A: extremamente instvel D: neutra

B: moderadamente instvel E: pouco estvel

C: pouco instvel F: moderadamente estvel



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Clculo da velocidade do vento no topo dachamin

u = uo ( h/ho)eOnde:u = velocidade mdia do vento no topo da chamin (m/s);uo = velocidade do vento medida na altura de referncia ho (m/s);h = altura da chamin (m);ho = altura onde a velocidade do vento medida (m);e = expoente emprico;

0,35F

0,30E

0,25D

0,20C

0,15B

0,10A

Constante emprica (e)Classe de estabilidade


Altura efetiva da chamin

Os gases contaminantes lanados na atmosfera geralmentepossuem condies fsicas diferentes das encontradas no meioambiente, tais como:

Temperatura de sada dos gases da chamin maior do que atemperatura ambiente (o empuxo favorecido);

Velocidade de sada dos gases da chamin maior do que avelocidade mdia do vento nas imediaes da chamin.

Devido a essas caractersticas, os poluentes lanados naatmosfera possuem uma certa quantidade de movimento inicialcapaz de projeta-los a alturas superiores a altura da chamin.



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Altura efetiva da chamin

H = altura efetiva dachamin;

h = altura da chamin;h = variao da altura

devido quantidadede movimento inicial.


Variao da altura de lanamento

+

=

s

ars

T

TT1

u

Vd.h

4,1

s

Onde:

h = variao da altura devido a quantidade de movimento inicial (m);

d = dimetro da chamin, medido no topo (m);Vs = velocidade de sada dos gases no topo da chamin (m/s);u = velocidade mdia do vento medida no topo da chamin (m/s);

Ts = Temperatura dos gases na sada da chamin (K);

Tar = Temperatura do ar atmosfrico nas imediaes da chamin (K).



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Coeficiente de difuso lateral y e zversus distncia da fonte

(10 km)

y=1000m

z=1500m

(10 km)

y (m)

z (m)


Algoritmo para uso do modelogaussiano

Etapas para aplicao do modelo gaussiano:

1. Definio das coordenadas cartesianas do ponto onde se desejadescobrir a concentrao do contaminante, (x, y, z);

2. Determinao da classe de estabilidade (classe de Pasquill);

3. Clculo da velocidade do vento no topo da fonte (chamin), u;

4. Clculo da altura efetiva da fonte emissora, H;

5. Clculo dos desvios padres, y e z;

6. Clculo da concentrao do contaminante, C.



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Modelagem GaussianaComparao entre classes de estabilidade de Pasquill

Classe A

Classe F

Altura da chamin = 186 m


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