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  • Controle da Poluio Atmosfrica : Captulo VIII - Meteorologia e Disperso

    Cap VIII - 1

    CONTROLE DA

    POLUIO ATMOSFRICA

    CAPTULO VIII

    Henrique de Melo Lisboa

    Montreal Primeira verso - Dezembro 2007

    METEOROLOGIA E DISPERSO

    ATMOSFRICA

  • Controle da Poluio Atmosfrica : Captulo VIII - Meteorologia e Disperso

    Cap VIII - 2

    SUMRIO

    8.1 INTRODUO ...................................................................................................... 3 8.2 ESCALAS DE MOVIMENTO............................................................................... 3 8.3 CONCEITOS BSICOS DE METEOROLOGIA ................................................. 4

    8.3.1 Ventos ................................................................................................................. 4 8.3.2 Transformaes Adiabticas............................................................................... 6 8.3.3 Tenso de vapor saturante................................................................................... 7 8.3.4 Ponto de orvalho ................................................................................................. 7 8.3.5 Orvalho ............................................................................................................... 7 8.3.6 Umidade relativa................................................................................................. 7 8.3.7 A temperatura na atmosfera ................................................................................ 7 8.3.8 CAMADA LIMITE PLANETRIA ou CAMADA DE MISTURA................. 9

    8.4 ESTABILIDADE E INSTABILIDADE DA ATMOSFERA................................. 9 8.5 TRANSPORTE E DISPERSO DE POLUENTES NA ATMOSFERA ............ 20

    8.5.1 Clculo da ascenso da pluma : Altura Efetiva da Chamin ............................ 27 8.5.4 Disperso e transporte de poluentes atmosfricos (disperso horizontal) ........ 38

    8.6 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.................................................................. 49

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    Cap VIII - 3

    8.1 INTRODUO A concentrao de uma determinada substncia na atmosfera varia no tempo e no espao em funo de reaes qumicas e/ou fotoqumicas, dos fenmenos de transporte, de fatores meteorolgicos (ventos, turbulncias e inverses trmicas) e da topografia da regio. Para isso, as condies meteorolgicas tem um papel determinante na descrio fsico-qumica do transporte de poluentes entre a fonte e o receptor. Portanto, as anlises dos dados meteorolgicos, a definio dos perodos crticos, o monitoramento dos poluentes e a modelagem matemtica para simulao da qualidade do ar so as ferramentas principais para os estudantes de planejamento de novas atividades industriais e o estabelecimento de planos de controle de poluio do ar . Nos estudos de impacto da poluio do ar para a localizao industrial ou planejamentos de novos distritos industriais, normalmente se inclui uma descrio das condies meteorolgicas e de topografia. O objetivo dessa incluso visa a determinao da concentrao de poluentes que sero emitidos na atmosfera pelas novas atividades industriais. Deve-se ressaltar que, mesmo mantendo a emisso de poluentes constante, a qualidade do ar pode piorar ou melhorar, dependendo das condies meteorolgicas estarem desfavorveis ou favorveis disperso de poluentes.

    8.2 ESCALAS DE MOVIMENTO

    Os fenmenos meteorolgicos que atuam no processo de disperso o fazem obedecendo a uma seqncia de escalas de movimento em funo da dinmica da atmosfera. Essas escalas so: a sintica, a mesoescala e a microescala. A descrio da atuao de cada escala associada ao fenmenos meteorolgicos so :

    a) Escala Sintica A essa escala esto associados os movimentos do ar resultantes da circulao geral da atmosfera, interagindo com as massas de ar, isto , os sistemas frontais, os anticiclones (altas presses) e as baixas presses na troposfera, tendo extenso horizontal que varia entre 100 a 3.000 km - Figura 8. 1. Os efeitos dessa escala sobre a poluio podem ser classificados de duas formas: a condio favorvel disperso (baixas presses, frentes) e a condio desfavorvel disperso (altas presses estacionrias no inverno e as inverses trmicas que inibem a disperso vertical, reduzindo a velocidade do vento e aumentando as horas de calmaria)

    Figura 8. 1 - Escala Sintica.

    b) Mesoescala So os movimentos que incluem as brisas martima e terrestre, circulao dentro de vales e os fenmenos do efeito de ilhas de calor. Os fenmenos dessa escala que influenciam a qualidade do ar local so variaes diurnas da estabilidade atmosfrica e a

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    Cap VIII - 4

    topografia regional. A extenso horizontal dessa escala da ordem de 100 km e na vertical de dezenas de metros at 1 km acima do solo. Os fenmenos que ocorrem dentro dessa camada tem importncia fundamental nos processos de transporte e disperso sobre as emisses das fontes poluidoras. Os principais parmetros meteorolgicos que atuam nesse processo so as inverses trmicas de baixa altitude, a variao diria da altura da mistura e a taxa de ventilao horizontal dentro dessa camada.

    c) Microescala Incluem os movimentos resultantes dos efeitos aerodinmicos das edificaes das cidades e dos parques industriais, rugosidade das superfcies e a cobertura vegetal de diversos tipos de solo. Esses movimentos so responsveis pelo transporte e difuso dos poluentes em um raio horizontal inferior a 10 km e entre 100 e 500 metros na vertical acima do solo. Nesses casos, a turbulncia atmosfrica, gerada por diversos pequenos obstculos, importante na verdadeira trajetria das plumas emitidas pelas fontes industriais, uma vez que a direo e a velocidade do vento so totalmente dominadas pelas caractersticas topogrficas e regionais em torno da fonte - Figura 8. 2.

    Figura 8. 2 Microescala.

    Portanto, se uma determinada fonte est instalada dentro de um pequeno vale inclinado de NE (Nordeste) para SW (Sudoeste), fatalmente o vento vai soprar ao longo dessas direes, sendo que o sentido vai variar de uma ou outra direo em funo dos efeitos de resfriamento e aquecimento das encostas local do vale. Nessas circunstncias, extremamente importante fazer medies horrias dos parmetros meteorolgicos mais importantes para se definir qual a direo e velocidade mais predominante noite e durante o dia. Com isto se pode estabelecer estratgias de controle de poluio do ar mais racionais e eficientes, nas tomadas de decises.

    8.3 CONCEITOS BSICOS DE METEOROLOGIA

    8.3.1 Ventos

    O fluxo geral do ar sobre a terra induzido por variaes de presso de grande escala (macrometeorolgicos) comumente apresentados nas cartas meteorolgicas (sinpticas). A intensidade destes sistemas de presso e seu posicionamento normal ou trajetrias determinam a distribuio dos ventos em uma dada rea. Dentro deste macrossistema existem vrios fatores que influenciam nas particularidades do movimento de ar nas direes vertical e horizontal, e para muitos problemas de poluio atmosfrica a combinao de padres gerais e particulares que importante.

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    Cap VIII - 5

    Variao Temporal e Espacial: Os movimentos dos sistemas de presso e o aquecimento diurno e resfriamento da superfcie da terra produzem padres caractersticos que geralmente so apresentados na forma de uma rosa dos ventos. Nestes diagramas polares as frequncias da vrias direes (setores) observadas so proporcionais ao comprimento dos raios e a distribuio das velocidades em cada direo (setor) indicada pelos comprimentos dos segmentos individuais de cada raio.

    Rosa dos ventos

    Os meteorologistas definem a direo do vento como aquela da qual o vento sopra Figura 8. 3.

    Figura 8. 3 - Rosa dos Ventos de 29/08/06, em Tubaro, SC.

    Vento Predominante (Dominante) : A direo predominante em uma rosa dos ventos geralmente chamada de vento predominante. Por exemplo, na rosa dos ventos apresentada acima a direo nordeste predominante. Frequentemente, este termo, erroneamente utilizado como sendo a nica direo do vento observada em um dado local. Na realidade ele simplesmente indica a direo mais frequentemente observada.

    Variao da Velocidade e Direo com a Altitude: A variao da componente horizontal da velocidade do vento e da direo com a altitude importante na avaliao da difuso dos gases de chamins. A certa altura acima do solo (geralmente 500-750 m ) o fluxo de ar quase paralelo as linhas de mesma presso e a velocidade prescrita pelo gradiente horizontal de presso, este vento

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    Cap VIII - 6

    denominado vento gradiente. Prximo do solo os efeitos do atrito retardam o fluxo do ar bem como causam uma mudana na direo.

    Como mostrado na Figura 8. 4, o perfil vertical da velocidade do vento afetado pelas mudanas na cobertura do solo e pela estabilidade trmica da atmosfera.

    Figura 8. 4 - Perfil vertical da velocidade do vento.

    A mudana da direo com a altura sobre terrenos complexos, normalmente corresponde a uma rotao horria crescente com a altura de aproximadamente 15-30 graus entre o solo e o vento de gradiente. A mudana de direo pode, algumas vezes, ser muito maior e mais complicada, caso dos terrenos irregulares sob condies estveis onde os padres do fluxo prximo ao solo so completamente diferentes daqueles das correntes superiores.

    A resistncia do atrito reduz a velocidade do vento prximo do solo abaixo daquela do vento de gradiente.

    Durante a noite, quando o ar estvel, o perfil vertical geralmente mais acentuado que aquele encontrado durante o