perspectivas para redução de emissões de óxidos de nitrogênio nos ...

MARIA ANTOANETTE LIRA DA SILVA

PERSPECTIVAS PARA REDUÇÃO DAS EMISSÕES DE ÓXIDOS DE NITROGÊNIO NOS PROCESSOS DE

COMBUSTÃO NO PÓLO PETROQUÍMICO DE CAMAÇARI

Dissertação apresentada ao Mestrado Profissional em Gerenciamento e Tecnologias Ambientais no Processo Produtivo – Ênfase em Produção Limpa, Escola Politécnica, Universidade Federal da Bahia, como requisito parcial para a obtenção do grau de Mestre.

Orientador: Prof. José Geraldo de Andrade Pacheco Filho

Salvador 2008

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Silva, Maria Antoanette Lira da, Perspectiva para redução das emissões de óxidos de nitrogênio nos processos de combustão no Pólo Petroquímico de Camaçari / Maria Antoanette Lira da Silva. – Salvador: M. A. L.Silva, 2008 140 p.; 200 f. Orientador: Profº. José Geraldo de Andrade Pacheco Filho Dissertação de Mestrado Profissional em Gerenciamento e Tecnologias Ambientais no Processo Produtivo – Ênfase em Produção Limpa, Escola Politécnica, Universidade Federal da Bahia, 2008. 1.Óxidos de nitrogênio. 2. NOx, combustão. 3. poluição atmosférica. 4. produção mais limpa. I. Universidade Federal da Bahia. Escola Politécnica. II. Silva, Maria Antoanette Lira da. III. Título. CDU: 661.9:504.05 ______________________________________________________________________

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Aos meus filhos Lucas, Mariana e Camila, Para que este trabalho sirva de exemplo de esforço e perseverança nas suas vidas

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AGRADECIMENTOS

Primeiramente a Deus, razão de tudo na minha vida. Ao meu marido, pelo seu infinito apoio e compreensão. Aos meus pais, pelo grande exemplo de vida. Ao meu orientador José Geraldo, por estar sempre perto, apesar da distância geográfica. Aos meus irmãos, pelo incentivo e, em especial, minha irmã. Aos funcionários do Teclim da UFBA, por serem sempre tão solícitos e simpáticos e, em especial, Mariano. Às minhas colegas de sala, pelo incentivo e apoio, e, em especial, a Monica Silveira, não só colega de sala, mas também colega do Teclim, no qual estivemos sempre juntas, desde o processo seletivo até a defesa. A Crístiam, meu sobrinho querido, por ter me ajudado tanto com as figuras. Ao colega Lacerda, pelas informações prestadas. A Jeizon, pela sua solicitude. Ao Centro de Recursos Ambientais, pela oportunidade de desenvolvimento pessoal e profissional.

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“Tentar e falhar é, pelo menos, aprender. Não chegar a tentar é sofrer a inestimável perda do que poderia ter sido”.

Geraldo Eustáquio

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RESUMO Desde o final do século passado que vem se acentuando a preocupação com o volume de poluentes lançados na atmosfera em virtude das atividades humanas, uma vez que os seus efeitos adversos já estão sendo sentidos de uma forma bastante intensa, como as mudanças climáticas, chuva ácida, deterioração da qualidade de ar nas cidades, e aumento de doenças. Neste trabalho, dedicou-se especial atenção aos óxidos de nitrogênio (NOx), que têm a sua formação originada nos processos de combustão, amplamente utilizados nas indústrias de transformação. Esse poluente, além de ser considerado um poluente primário, ele também é o principal precursor de um outro poluente secundário, que é o ozônio troposférico. Em virtude do reconhecimento pela comunidade científica e pelos governantes dos efeitos danosos provocados pelo NOx, legislações cada vez mais restritivas quanto ao lançamento deste poluente na atmosfera têm sido criadas. Neste trabalho foram avaliadas as tecnologias existentes para redução das emissões de óxidos de nitrogênio nos processos de combustão para promover a sua implantação nas indústrias petroquímicas do Pólo Industrial de Camaçari, utilizando os princípios de produção mais limpa. Uma análise da qualidade do ar foi realizada nos últimos cinco anos, através da análise dos relatórios anuais da Rede de Monitoramento do Ar do Pólo de Camaçari. Foi levantado o estado da arte das tecnologias de controle de emissões de NOx com os princípios de produção mais limpa. Os resultados mostram que os níveis de concentração desse poluente na região não são críticos, se comparados com o padrão estabelecido pela Resolução CONAMA Nº 03/90, que é de 320μg/m³. Apesar disso, é necessário que providências sejam tomadas para que essas emissões sejam reduzidas, pois em casos de condições atmosféricas desfavoráveis à dispersão, pode haver grandes incômodos à população local, como já ocorreu nos anos de 2002 e de 2003, mesmos sem esse padrão ter sido ultrapassado no dia. Além disso, deve-se levar em consideração que o padrão estabelecido pela CONAMA 03/90 é consideravelmente maior do que o indicado pela OMS – Organização Mundial de Saúde, que é de 200μg/m³. Foi proposto um programa de prevenção de emissões de NOx com os princípios de produção mais limpa, visando subsidiar os processos de licenciamento ambiental e a elaboração de norma de regulamentação em nível estadual. Esse programa considera prioritariamente o controle na fonte nos processos de combustão, incluindo para se alcançar esse objetivo a mudança de lay-out, a manutenção preventiva, as melhorias nas práticas operacionais, mudança de processo ou tecnologia, substituição de matéria-prima ou alteração nos equipamentos e treinamento de pessoal, finalizando com avaliação dos resultados e a manutenção do programa. Palavras-chaves: Óxidos de nitrogênio, NOx, combustão, poluição atmosférica, produção mais limpa

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ABSTRACT

Since the end of the last century that comes if accenting the concern with the volume of pollutants launched in the atmosphere in virtue of the activities human beings, a time who its adverse effect already are being felt of a sufficiently intense form, as the climatic changes, acid rain, deterioration of the quality of air in the cities, and increase of illnesses. In this work, special attention was dedicated to nitrogen oxides (NOx), that they have its originated formation in the combustion processes, widely used in the transformation industries. This pollutant, besides being considered a primary pollutant, it also is the main precursor of one another secondary pollutant, that is the tropospheric ozone. In virtue the recognition for the scientific community and the governing of the harmful effect provoked by the NOx, more restrictive legislation each time how much to the launching of this pollutant in the atmosphere they have been created. In this work the existing technologies for reduction of the nitrogen oxide emissions had been evaluated in the combustion processes to promote its implantation in the petrochemical industries of Camaçari’s Industrial Pole, using the principles of cleaner production. An analysis of the quality of air was carried through in the last five years, through the analysis of the annual reports of the Net of Monitoramento of the Air of the Camaçari’s Pole. The state of the art of the technologies of control of emissions of NOx with the principles of cleaner production was raised. The results show that the levels of concentration of this pollutant in the region are not critical, if compared with the standard established for Resolution CONAMA Nº 03/90, that it is of 320 μg/m³. Despite this, are necessary that steps are taken so that these emissions are reduced, therefore in cases of favorable atmospheric conditions to the dispersion, can have great bothering to the local population, as already it occurred in the years of 2002 and 2003, same without this standard to have been exceeded in the day. Moreover, it must be led in consideration that the standard established for CONAMA 03/90 is bigger of the one than indicated for the OMS - the World-wide Organization of Health, that is of 200 μg /m³. A program of prevention of emissions of NOx with the principles of cleaner production was considered, aiming at to subsidize the processes of ambient licensing and the elaboration of norm of regulation in state level. The program considers the first control at source in the processes of combustion, including in order to achieve this objective to change the lay-out, the preventive maintenance, improvements in operating practices, changes in technology or process, from raw material replacement or modification in equipment and training staff, ending with evaluation of results and maintenance of program.

Key words: Nitrogen oxides, NOx, combustion, atmospheric pollution, cleaner production

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SUMÁRIO

AGRADECIMENTOS ................................................................................................................. v RESUMO ..................................................................................................................................... vii ABSTRACT ................................................................................................................................. viii SUMÁRIO .................................................................................................................................... ix LISTA DE FIGURAS .................................................................................................................. xi LISTA DE TABELAS ................................................................................................................. xii LISTA DE APÊNDICES ............................................................................................................. xiii LEGENDA ................................................................................................................................... ivx 1 – INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 16 1.2 – Objetivos .............................................................................................................................. 22 2 – FUNDAMENTOS TEÓRICOS ............................................................................................. 23 2.1 – Óxidos de nitrogênio ........................................................................................................... 23 2.2 – Legislação estrangeira ......................................................................................................... 27 2.3 – Legislação brasileira ............................................................................................................ 31 2.4 – Processo de combustão ........................................................................................................ 35 2.5 – Fontes de emissão de NOx .................................................................................................. 39 2.6 – Necessidade da utilização de Tecnologia mais limpa ......................................................... 45 2.7 – O Pólo de Camaçari ............................................................................................................. 47 3 – REVISÃO DA LITERATURA .............................................................................................. 52 3.1 – Panorama das emissões de NOx no Brasil .......................................................................... 52 3.2 – Controle na fonte de NOx .................................................................................................... 57 3.2.1 – Redução do consumo de energia ...................................................................................... 58 3.2.2 – Substituição ou pré-tratamento de combustível ou oxidante ............................................ 59 3.2.3 – Modificações no processo de combustão ......................................................................... 62 3.2.4 – Boas práticas operacionais................................................................................................ 73 3.3 – Controle de fim de tubo de NOx ......................................................................................... 74 3.3.1 – Redução catalítica seletiva................................................................................................ 74 3.3.2 – Redução catalítica não-seletiva ........................................................................................ 76 3.3.3 – Remoção simultânea de NOx e SO2

4.4 – Bases de um programa de prevenção de emissão de NOx para processos de combustão, visando subsidiar os processos de licenciamento ambiental e elaboração de norma de regulamentação em nível estadual ................................................................................................ 91 5 – RESULTADOS ...................................................................................................................... 92 5.1 – Diagnóstico da situação atual de emissão de NOx no Pólo de Camaçari............................ 92 5.2 – Análise crítica das perspectivas de redução das emissões de NOx nos processos de combustão a partir do controle na fonte, considerando-se as exigências legais e levando-se em consideração o aspecto econômico ............................................................................................... 116 5.3 – Bases de um programa de prevenção de emissão de NOx para processos de combustão ... 118

................................................................................. 78 3.3.4 – Tecnologia SCONOX ........................................................................................................ 79 3.4 – Comentário das tecnologias ................................................................................................. 80 4 – METODOLOGIA ................................................................................................................... 82 4.1 – Diagnóstico da situação atual de emissão de NOx no Pólo de Camaçari no período de 2002 a 2006 .................................................................................................................................. 82 4.2 – Tecnologias de prevenção e controle de emissão de NOx (já empregadas no Brasil e no mundo) .......................................................................................................................................... 90 4.3 – Análise crítica das perspectivas de redução das emissões a partir do tratamento dos combustíveis na fonte e no controle dos processos de combustão, considerando exigências legais ............................................................................................................................................. 90

x

6 – CONCLUSÕES E SUGESTÕES ........................................................................................... 129 7 – REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 132 8 – APÊNDICE ............................................................................................................................ 137

xi

LISTA DE FIGURAS Figura 2.1 – Variação da temperatura na superfície terrestre ....................................................... 27 Figura 2.4.1 – Esquema de um forno ........................................................................................... 38 Figura 2.5.1 – Formação de NOx como função da temperatura do combustível ......................... 41 Figura 2.5.2 – Formação de NOx como função do ar pré-aquecido ............................................ 41 Figura 2.5.3 – Mecanismos imediato e combustível de formação de NO .................................... 44 Figura 2.5.4 – Emissões de NOx combustível X concentração de nitrogênio no combustível .... 44 Figura 2.7.1- Vista do Complexo Industrial de Camaçari ............................................................ 47 Figura 3.2.2 – Emissões relativas de NOx para diversos combustíveis ....................................... 61 Figura 3.2.3.1- queimador com estagiamento de combustível ..................................................... 64 Figura 3.2.3.2 – queimador com estagiamento de ar .................................................................... 64 Figura 3.2.3.3 – esquema de uma recirculação externa ................................................................ 65 Figura 3.2.3.4 – esquema de uma recirculação interna ................................................................ 66 Figura 3.2.3.5 – zonas da chama .................................................................................................. 70 Figura 3.2.3.6 – esquema de um queimador INFURNOX ............................................................ 72 Figura 3.2.3.7 – esquema de um sistema de combustão fria XONON .......................................... 73 Figura 3.3.1 – coluna RCS ........................................................................................................... 75 Figura 3.3.3 – esquema de uma RCNS ......................................................................................... 77 Figura 3.3.4 – Seção de um sistema SCONOX ................................................................................. 80 Figura 4.1 – Distribuição geográfica das estações de monitoramento do ar ........................................ 83 Figura 4.2 - Estação de monitoramento do ar ............................................................................................ 83 Figura 4.3 – variação de NOx e O3 no decorrer do dia na Bacia de Los Angeles ..................................... 85 Figura 4.4 – Analisador de NO2 ................................................................................................................. 87 Figura 5.1 – concentrações máximas horárias de NO2 na estação Escola em 2002 .................... 93 Figura 5.2 – concentrações máximas horárias de NO2 na estação Hospital em 2002 ................. 93 Figura 5.3 – Concentração média anual de NO2 na Estação Câmara .......................................... 94 Figura 5.4 – Concentração média anual de NO2 na Estação Escola ............................................ 94 Figura 5.5 - Concentração média anual de NO2 na Estação Hospital .......................................... 95 Figura 5.6 - Concentração média anual de NO2 na Estação Lamarão ......................................... 95 Figura 5.7 – comportamento da radiação solar na estação Hospital no período de 1995 a 2002 . 96 Figura 5.8 – comportamento da radiação solar na estação Lamarão no período de 1995 a 2002 96 Figura 5.9 - boletim do dia 18/03/02 referente ao O2 .................................................................. 98 Figura 5.10 - boletim do dia 18/03/02 referente ao ozônio .......................................................... 98 Figura 5.11 – concentrações máximas horárias de NO2 na estação Câmara ............................... 99 Figura 5.12 – concentrações máximas horárias de NO2 na estação Hospital .............................. 99 Figura 5.13 - comportamento da radiação solar na estação Lamarão no período de 1995 a 2003 .............................................................................................................................................. 101 Figura 5.14 – imagem infravermelha destacando os vórtices ciclônicos na Bahia em 21/04/03 . 101 Figura 5.15 - Rosa dos Ventos da Estação Câmara, no período entre às 10:00 e 15:00h ............ 104 Figura 5.16 – picos de NO2 no decorrer do dia 24/02/03 ............................................................. 104 Figura 5.17 – picos de O3 no decorrer do dia 24/02/03 ................................................................ 105 Figura 5.18 - evolução das concentrações médias anuais de NO2 na RMA ................................. 105 Figura 5.19 – concentrações máximas horárias mensais na estação Câmara ............................... 106 Figura 5.20 – concentrações máximas horárias de O3 na estação de Lamarão ........................................ 106 Figura 5.21 – Concentrações máximas horárias de O3 na estação de Escola ............................................ 107 Figura 5.22 - evolução das concentrações médias anuais na RMA.............................................. 108 Figura 5.23 - máximas horárias mensais de NO2 na estação Lamarão em 2005 ......................... 108 Figura 5.24 - máximas horárias mensais de NO2 na estação Concórdia em 2005 ....................... 109 Figura 5.25 - Máximas horárias mensais de NO2 na estação Gravatá em 2005 .......................... 109

xii

Figura 5.26 - Máximas horárias mensais de NO2 na estação Leandrinho em 2005 ..................... 109 Figura 5.27 – comportamento mensal da precipitação medida na estação da SUDIC no período de 1992 a 2005 ................................................................................................................ 110 Figura 5.28 - máximas horárias mensais de O3 na estação Machadinho em 2005 ...................... 110 Figura 5.29 - máximas horárias mensais de O3 na estação Lamarão em 2005 ............................ 110 Figura 5.30 - Máximas horárias mensais de O3 na estação Escola em 2005 ............................... 111 Figura 5.31 - Máximas horárias mensais de O3 na estação Câmara em 2005 ............................. 111 Figura 5.32 – Evolução das concentrações médias anuais de NO2 na RMA ............................... 113 Figura 5.33 – Comportamento da rosa-dos-ventos na Estação Gravatá em 2006 ........................ 114 Figura 5.34 – Máximas horárias mensais de NO2 na estação Gravatá em 2006 .......................... 114

xiii

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 – valores de pH da chuva no Recôncavo Baiano no período de 1986-1987 .............. 24 Tabela 2.2.1 - Limites anuais de emissão para serem atingidos em 2010 .................................... 28 Tabela 2.2.2 – Padrões de qualidade de ar vigentes no Japão ...................................................... 29 Tabela 2.2.3 – padrões de emissão de NOx nos EUA e nos seus estados mais restritivos .......... 31 Tabela 3.1 – padrão de emissão para processos industriais em Cubatão ..................................... 54 Tabela 4.1 – localização das estações de monitoramento em 2002.............................................. 86 Tabela 4.2 – padrões e classificação da qualidade do ar .............................................................. 88 Tabela 4.3 – parâmetros meteorológicos e poluentes monitorados por estação na nova configuração da RMA .................................................................................................................. 89 Tabela 5.1.1 - Poluentes monitorados nas estações da RMA ....................................................... 92 Tabela 5.1.2 – Eventos de ultrapassagens de ozônio em ozônio em 2002 ................................... 96 Tabela 5.1.3 - Resultados das campanhas de monitoramento de VOCs na AIP em 2002 ........... 97 Tabela 5.1.4 – picos de concentração de NO2 detectados em 2003 ............................................. 100 Tabela 5.1.55 - Ultrapassagens do padrão de qualidade do ar para o O3 em 2003 ...................... 101 Tabela 5.1.6 – Resultado do monitoramento de COVs no ano de 2003....................................... 103 Tabela 5.1.7 – Resultado do monitoramento de COVs no ano de 2004....................................... 107 Tabela 5.1.8 – Concentrações máximas horárias de ozônio em 2005 .......................................... 110 Tabela 5.1.9 - Resultado do monitoramento de COVs no ano de 2005 ....................................... 112 Tabela 5.1.10 - Eventos de qualidade do ar “Regular” devido às concentrações de ozônio em 2006 .............................................................................................................................................. 115 Tabela 5.1.11 – Resultados do monitoramento dos COVs na AIP em 2006 ................................ 115 Tabela 5.2 - Carga anual de NOx nas empresas do Pólo .............................................................. 116 Tabela 5.3 – Cronograma de atividades ....................................................................................... 121

xiv

LISTA DE APÊNDICES

APÊNDICE A .............................................................................................................................. 137 APÊNDICE B ............................................................................................................................... 140

xv

LEGENDA

AIP – Área de Influência do Pólo ARB - California Air Resources Board BAT – Best Avaliable Technics CECA - Comissão Estadual de Controle Ambiental / RJ COFIC – Comitê de Fomento Industrial de Camaçari COPEC – Complexo Petroquímico de Camaçari CEPRAM – Conselho Estadual do Meio Ambiente / BA CETREL S.A. – Empresa de Proteção Ambiental CETESB – Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental COVs – Compostos Orgânicos Voláteis CRA – Centro de Recursos Ambientais EPA - Environmental Protection Agency FEEMA – Fundação Estadual de Engenharia do Meio Ambiente/RJ FEAM – Fundação Estadual de Engenharia do Meio Ambiente / MG IEA – International Energy Agency IPCC – Intergovernamental Panel on Climate Change IPPC – Política de Integração do Controle da Poluição IQAr – Índice de Qualidade do Ar MDL – Mecanismos de Desenvolvimento Limpo MPS – Material Particulado em Suspensão OMS – Organização Mundial de Saúde PAN – nitrato de peroxiacetila PI – Partículas inaláveis PML – Produção Mais Limpa PQAr – Padrão de Qualidade do Ar PROCONVE – Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores PRONAR - Programa Nacional de Qualidade do Ar PTS – Partículas totais em suspensão RLAN – Refinaria Landulfo Alves RMA – Rede de Monitoramento do Ar RSC – Redução seletiva catalítica RSNC – Redução seletiva não catalítica SEMA – Secretaria do Meio Ambiente e Recursos Hídricos do Estado do Paraná SEPLANTEC - Secretaria de Planejamento e Tecnologia do Estado da Bahia SUDENE – Superintendência de Desenvolvimento do Nordeste SUDIC – Superintendência do Desenvolvimento Industrial de Camaçari UNEP – United Nations Environmental Program UNIDO - United Nations for Industrial Development

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1. INTRODUÇÃO:

Desde o final do século passado que vem crescendo gradativamente a preocupação mundial com

as ações nocivas do homem sobre o meio ambiente e, nesse contexto, é dada especial atenção às

alterações climáticas atribuídas às emissões antropogênicas de gases do efeito estufa, segundo

consenso da comunidade científica. Dentre esses gases, destacam-se os óxidos de nitrogênio

(NOx), que têm um poder de retenção da radiação infravermelha cerca de dez mil vezes maior ao

apresentado pelo dióxido de carbono e que são emitidos principalmente nos processos de

combustão, processos esses tão necessários na indústria e nas usinas de geração de energia, essas

tais que vêm crescendo desde a crise energética vivida pelo país recentemente. Da mesma forma,

é crescente a presença de ozônio no nível do solo e a chuva ácida tem aumentado

consideravelmente nos últimos anos, sendo esses poluentes derivados dos óxidos de nitrogênio

(MELO, 2002).

Segundo a definição da NBR 8969/85 da ABNT (1985), entende-se por poluente atmosférico

toda e qualquer forma de matéria e/ou energia que, segundo suas características, concentração e

tempo de permanência no ar, possa ou venha a causar danos à saúde, aos materiais, à fauna e à

flora e seja prejudicial à segurança, ao uso e ao gozo da propriedade, à economia e ao bem-estar

da comunidade.

Entende-se por combustão uma reação química exotérmica entre duas substâncias, que são o

combustível e o comburente, a altas temperaturas e com ritmos intensos. Nesses processos, o

óxido nítrico (NO) pode se formar por três vias: (1) em temperaturas elevadas encontradas nas

chamas, N2

Segundo Jannuzzi (2001), o setor energético é responsável pela emissão de 76% dos óxidos de

nitrogênio lançados na atmosfera. Os óxidos de nitrogênio são formados durante processos de

combustão, principalmente devido a reações químicas entre oxigênio atômico e nitrogênio. Os

óxidos de nitrogênio são denominados, genericamente, NOx, sendo que os mais comuns são o

reage com oxigênio para formar óxido nítrico denominado NO (térmico); (2) em

combustíveis que apresentam compostos de nitrogênio na sua composição, este é liberado a

temperaturas relativamente baixas para formar NO (combustível); (3) de outra forma, o óxido

nítrico pode ser originado em reações rápidas entre os radicais de hidrocarbonetos e o oxigênio e

o nitrogênio, em temperaturas relativamente baixas na região de frente de chama, através de um

mecanismo proposto por Fenimore, em 1971 (CARVALHO JR. & LACAVA, 2003).

17

óxido nítrico (NO) e o dióxido de nitrogênio (NO2), os quais são considerados poluentes

atmosféricos.

Os NOx são formados também com a queima de compostos orgânicos nitrogenados presentes

nos combustíveis provenientes principalmente de petróleos pesados, tais como as frações

asfálticas e coque do petróleo, as quais têm tido uma utilização cada vez maior, dado ao seu

custo inferior e elevado poder calorífico. Nesses combustíveis, os compostos de nitrogênio neles

existentes sofrem decomposição térmica, tornando-se num outro composto orgânico nitrogenado

de peso molecular mais baixo para, a partir daí, transformar-se num NOx através de reações de

oxidação (CARVALHO JR. & LACAVA, 2003).

Quanto ao dióxido de nitrogênio, NO2, as concentrações desses nos gases de combustão são

muito pequenas quando comparadas com concentrações de NO. Isto é explicado porque das

grandes concentrações de NO2 formadas na zona de combustão, boa parte é em seguida

convertida de NO2 para NO. O NO2 é consumido pela reação com hidrogênio e, eventualmente,

em chamas pobres em combustível, pela reação com oxigênio. Apesar de estar presente em

menores concentrações ao final do processo de combustão, o NO2 é bem mais nocivo que o NO.

Além das formas anteriormente citadas, há ainda, uma outra forma de apresentação de óxido de

nitrogênio na atmosfera, que é o N2O, ou seja, o óxido nitroso. O N2

Nas últimas décadas, emissões antropogênicas de compostos químicos na atmosfera vêm

causando muitos danos ao meio ambiente e à saúde humana, das quais os óxidos de nitrogênio

contribuem com cerca de 27 milhões de toneladas por ano. Muitas dessas emissões são

originárias da queima de combustíveis fósseis, que tem como um dos produtos os óxidos de

nitrogênio, que é listado pela Organização Mundial de Saúde como um dos seis poluentes

atmosféricos clássicos. Segundo o International Energy Agency (IEA), entre os anos de 1973 e

1998 o fornecimento total de energia aumentou 57%, principalmente em virtude da queima de

combustíveis fósseis, ao passo que outros tipos de geradores de energia tiveram uma participação

reduzida. Em virtude da implementação de políticas de redução das emissões a partir da década

de 1970, houve uma estabilização ou redução das emissões de poluentes atmosféricos em grande

parte dos países industrializados. Porém, o mesmo não ocorreu nos países em desenvolvimento,

O está presente na

atmosfera como componente atmosférico regular em concentração da ordem de 0,5 ppm. É

bastante estável e de baixa toxidade, sendo também conhecido como gás hilariante (BAUKAL,

2001).

18

haja vista que a maioria sequer fez pequenos investimentos neste setor (MELO, 2002;

HOLDREN e SMITH, 2000 apud NUSDEO, 2005, pp. 228-230; PNUMA, 2002).

Comparados a outras regiões, os países africanos emitem quantidades insignificantes de

poluentes atmosféricos e gases do efeito estufa, apesar da qualidade do ar estar se deteriorando

gradativamente em alguns centros urbanos. Já na Ásia, onde se localizam as cidades mais

densamente povoadas do mundo, os níveis de poluição atmosférica são os mais elevados do

mundo, implicando em problemas de saúde na população e afetando ecossistemas aquáticos e

terrestres. Em contrapartida, certos avanços já foram feitos e em algumas cidades os níveis de

poluição têm diminuído, a exemplo do Japão que reduziu suas emissões de SOx e material

particulado. Entretanto, as emissões de NOx em Osaka e Tóquio não caíram o suficiente devido

ao aumento do número de veículos (PNUMA, 2002; UN-ESCAP/ADB, 2000 apud PNUMA,

2002, p. 241).

Com relação à Europa, as emissões da maioria dos poluentes atmosféricos diminuíram desde o

início da década de 1980, especialmente as de SO2, que foram reduzidas a um terço em 2.000,

com relação ao ano de 1980, embora tenham sido registradas grandes diferenças entre países e

sub-regiões como, por exemplo, um aumento de 7% na Grécia entre 1990 e 1998 e redução de

71% na Alemanha nesse mesmo período. Entretanto, as emissões de NOx e NH3 não diminuíram

significativamente na Europa Ocidental, exceto as emissões de NOx na Alemanha e Reino

Unido, mas os índices de NOx caíram em muitos países da Europa Central e Leste Europeu. Na

Europa Ocidental verifica-se um certo grau de eficácia com relação às medidas de controle de

emissão, uma vez que os níveis de NOx, SO2 e NH3 apresentaram uma certa desvinculação do

crescimento do PIB. Ao contrário, os países do Leste Europeu e Europa Central tiveram suas

reduções nas emissões devido à recessão econômica (HOLDREN e SMITH, 2000 apud

PNUMA, 2005, pp. 244 e 245; EEA, 2000 apud PNUMA, 2002, p. 244).

Na América do Norte, no decorrer dos últimos trinta anos, os níveis de alguns poluentes vêm

sendo reduzidos gradativamente em virtude de medidas adotadas na década de 1970, que

visavam a principalmente a redução de COVs e, em alguns casos, de NOx oriundos de fábricas e

veículos. No entanto, não se obteve muito êxito com relação aos índices de ozônio. As principais

fontes fixas de NOx e O2 são as centrais elétricas movidas a combustíveis fósseis existentes na

região e nos anos entre 1970 e 1999 houve aumento dos índices de NOx em 17%, apesar das

emissões de COVs terem diminuído nos últimos trinta anos. Em virtude disso, os Estados Unidos

e o Canadá assinaram um Acordo sobre Qualidade do Ar, que visava a redução das emissões de

NOx nos dois países (PNUMA, 2002; MELO, 2002).

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Em se tratando de poluição atmosférica na América Latina, essa é uma das questões ambientais

mais crítica devido aos seus efeitos, principalmente nas grandes cidades, tais como São Paulo e

Rio de Janeiro, uma vez que o crescimento econômico tem causado o aumento das emissões,

principalmente aumentando as concentrações de CO, NOx, SO2, O3 troposférico,

hidrocarbonetos e partículas em suspensão na atmosfera desses grandes centros, principalmente

devido ao setor de transportes, tendo, contudo, o setor industrial e a agricultura também uma

expressiva participação, principalmente nos últimos trinta anos (US EPA, 2000b apud PNUMA,

2002, p. 250).

A região no Brasil que apresenta os maiores índices de NOx em sua atmosférica é a região de

São Paulo. Segundo o Relatório de Qualidade do Ar no Estado de São Paulo (2005), no ano de

2004 o padrão nacional horário para o NOx não foi ultrapassado, o mesmo não podendo ser dito

dos anos anteriores. A região de Cubatão, que em virtude da sua topografia e do seu parque

industrial é a que apresenta maiores problemas relacionados à poluição atmosférica. Em 2004

foram emitidas 18.340 t de NOx nessa região.

Segundo Martins e Andrade (2002), medidas realizadas em Salvador, Ba, na década de 90,

revelaram concentrações de NOx na faixa de 11,1 a 36,2 ppb. O estudo de auto–avaliação para o

licenciamento ambiental-ALA, constante no processo de renovação da licença do Pólo Industrial

de Camaçari de 2004 estimou as emissões de NOx nesse ano em 11.826 toneladas, que é um

valor significativo, se comparado com as 18.340 t emitidas em Cubatão, que é uma região

considerada grande poluidora.

Segundo Melo (2002), “os sistemas de gerenciamento da qualidade do ar mais sofisticados, tais

como o dos Estados Unidos e da Alemanha, empregam, além de outras medidas, uma variedade

de padrões que coordenadamente influenciam vários estágios de processos e mecanismos que

podem eventualmente levar a emissões e impactos indesejáveis”. Contudo, há de se levar em

consideração que enquanto os norte-americanos lançavam sua primeira Lei Federal em 1955, a

qual incentivava a pesquisa e a investigação dos efeitos da poluição do ar na saúde e bem-estar

da população, o Brasil apenas implantou a sua Política Nacional Meio Ambiente do Meio

Ambiente no ano de 1981. Sendo assim, é compreensível a nossa defasagem em relação à

aplicação de tecnologias mais limpas nesse setor. Já na Bahia, até 1970 o estado sequer legislou

sobre o assunto.

20

Com relação ao tema específico das emissões dos óxidos de nitrogênio, a Resolução CONAMA

nº 08 de 06/12/90 não estabelece padrões de emissão para esse poluente, ficando o seu controle

de uma forma muito vaga apenas subsidiado pelos padrões de qualidade do ar. Porém, avanços já

vêm sendo feitos nessa área e uma nova resolução já está em vigência desde o dia 26 de

dezembro de 2006 – a Resolução CONAMA 382, a qual estabelece limites máximos de emissão

para poluentes atmosféricos, inclusive o NOx, a qual permitirá um maior controle de emissão em

fontes fixas. Alguns estados já saíram na frente com relação a esse controle, como é o caso do

estado do Paraná, que já possui uma legislação na qual estabelece padrões de emissão para NOx,

anterior a essa Resolução.

Os óxidos de nitrogênio juntamente com os óxidos de enxofre lançados na atmosfera após as

reações de combustão, ao entrarem em contato com o vapor d’água formam o ácido nítrico e

sulfúrico, respectivamente, sendo o primeiro, o maior constituinte da deposição ácida, que pode

ser úmida ou seca. A úmida, que é composta por chuva, neblina e neve, ao cair no chão causa

problemas de acidez no solo, afetando plantas e animais. A deposição seca, que consiste nas

partículas levadas pelo vento e os gases ácidos, acumulam-se em superfícies externas,

danificando, dessa forma, as árvores e os materiais, provocando impactos negativos em todo o

ambiente (CARVALHO JR. & LACAVA, 2003).

Além da deposição ácida, os óxidos de nitrogênio são constituintes do smog fotoquímico, que

segundo a definição da NBR 8969/1985 da ABNT é a denominação dada às condições da

atmosfera quando esta apresenta visibilidade reduzida e coloração marrom, devido à evolução de

reações fotoquímicas entre óxidos de nitrogênio e hidrocarbonetos reativos, produzindo

compostos oxidantes. Um poluente típico resultante dessas reações fotoquímicas é o nitrato de

peroxiacetila.

Uma outra ação danosa ao meio ambiente oriunda dos óxidos de nitrogênio é que eles absorvem

a radiação ultravioleta de origem solar e tornam-se bastante reativos, sendo propulsores do

ozônio na troposfera. Tanto o ozônio quanto os óxidos de nitrogênio provocam sérios danos ao

homem e ao meio ambiente, provocando edemas pulmonares e cianose no homem e diminuindo

a permeabilidade das membranas celulares. Chegam até a ter atividade mutagênica, que altera as

características hereditárias (CARVALHO JR. & LACAVA, 2003).

O desenvolvimento sustentado, definido como aquele que satisfaz as necessidades do presente

sem comprometer a possibilidade das futuras gerações satisfazerem as suas próprias

21

necessidades, foi colocado como desafio em 1987 pela Comissão Mundial da ONU sobre o Meio

Ambiente e Desenvolvimento – UNCED, através do documento denominado Nosso Futuro

Comum ou Relatório Brundtland. Este conceito foi difundido na Conferência das Nações Unidas

sobre o Meio Ambiente e Desenvolvimento – ECO 92, na qual houve a elaboração da

Declaração do Rio. O princípio 4 da Declaração do Rio diz: “para se alcançar um

desenvolvimento sustentável, a proteção do ambiente deve constituir uma parte integrante do

processo de desenvolvimento, e não pode ser considerada independentemente dele”. O artg. 3 do

Protocolo de Quioto determina que novas tecnologias industriais ambientalmente sadias sejam

adotadas. Dessa forma, a prática das tecnologias mais limpas se fortalece, uma vez que ela cuida

da eliminação do resíduo na fonte e não o deixa para a etapa final do processo, considerando que

a eliminação do resíduo faz parte do processo produtivo, utilizando práticas que geralmente

diminuem o consumo de matéria e energia do meio ambiente, uma vez que resíduo é matéria-

prima e energia que não foram devidamente aproveitados, ao contrário do pensamento das

tecnologias de fim de tubo, que o consideram uma etapa a mais, que onera o produto final

(NUSDEO, 2005; ECO 92, 1992).

Assim, as técnicas para controle das emissões de poluentes na fonte ganham cada vez mais

importância, seja por pressão da legislação, pela possibilidade dos agentes produtivos desejarem

a associação de suas marcas a práticas ambientalmente aceitáveis ou por pressão da própria

sociedade.

O controle das emissões de NOx opera através da supressão da formação de NOx ou através da

remoção de NOx física ou química nos gases efluentes. A formação de NOx pode ser reduzida

pela redução do teor de nitrogênio à temperatura de pico; pela redução do teor de oxigênio à

temperatura de pico e pela redução da temperatura de pico e do tempo de residência na zona de

combustão. Isto pode ser obtido através de diversas técnicas: uso de combustíveis de baixo teor

de nitrogênio; combustão estagiada; recirculação interna ou externa dos gases de combustão;

diminuição da temperatura de pré-aquecimento do ar; diminuição da temperatura da superfície

envolvente; diminuição do índice de rotação dos queimadores; combustão em leito fluidizado;

uso de aditivos nos processos de combustão e injeção de água ou vapor na chama, pela redução

no diâmetro das gotas dos combustíveis líquidos. Na combustão estagiada tem-se uma primeira

zona de combustão com pouca disponibilidade de ar, sendo adicionado ar numa segunda zona

para completar a combustão. Existem, ainda, técnicas de remoção do nitrogênio do combustível,

porém, atualmente, ainda é considerada de custo elevado (BAUKAL, 2001; VERGNHANINI,

2005).

22

1.2 OBJETIVOS

Objetivo Geral

O objetivo deste trabalho é avaliar as tecnologias existentes para redução das emissões de óxidos

de nitrogênio (NOx) nos processos de combustão, para promover a sua implantação na indústria

petroquímica do Pólo Industrial de Camaçari, utilizando os princípios de produção mais limpa.

Objetivos Específicos

1. Realizar um diagnóstico da situação atual de emissão de NOx no Pólo Industrial de

Camaçari, nos últimos cinco anos.

2. Identificar o estado da arte de tecnologias de prevenção e controle de emissão de

NOx, já empregadas no Brasil e no mundo.

3. Realizar uma análise crítica das perspectivas de redução das emissões a partir do

controle dos processos de combustão através de modernização dos equipamentos de

queima existentes, considerando as exigências legais e os aspectos econômicos

associados.

4. Propor as bases de um Programa de Prevenção de emissão de NOx para processos de

combustão, visando subsidiar os processos de licenciamento ambiental e a elaboração

de norma de regulamentação em nível estadual.

23

2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

2.1 ÓXIDOS DE NITROGÊNIO

O termo NOx é usado para se referir a todos os sete composto de nitrogênio conhecidos

naturalmente, embora apenas dois sejam considerados importantes no que se refere à poluição

atmosférica: óxido nítrico ou monóxido de nitrogênio (NO), que é um gás tóxico incolor que

reage espontaneamente com o oxigênio e muito fortemente com o ozônio, formando o dióxido de

nitrogênio e, o próprio dióxido de nitrogênio, que é um gás avermelhado, altamente tóxico,

extremamente reativo e um forte agente oxidante. Juntos, esses dois são os componentes mais

emitidos em gases de combustão. Porém, essa denominação também pode incluir o óxido nitroso

(N2O - protóxido de nitrogênio ou gás hilariante), gás incolor e de efeito anestésico, o mais

abundante dos compostos atmosféricos, o qual não é importante enquanto poluente troposférico,

porém o maior componente do efeito estufa na estratosfera, além de outras formas de

combinação menos comuns como o tetróxido de nitrogênio (N2O4), o N2O3, o NO3 e o N2O5

(EPA, 1993; BAUKAL, 2001; DUCHIADE, 1992; HEISON & KABEL, 1999).

Normalmente, os gases oriundos dos processos de combustão apresentam baixíssimas

concentrações de NO2 em comparação com os valores elevados de NO, mas ao contato com o

oxigênio do ar reagem rapidamente para formar o NO2. Dessa forma, as taxas de emissão

mássica são sempre calculadas considerando os dois compostos como sendo unicamente NO2

As emissões de NOx contribuem para desencadear vários processos atmosféricos que degradam

o meio ambiente, entre os quais destacam-se a deposição ácida, formação de ozônio a nível do

solo, que tem as suas concentrações elevadas cerca de 100 a 200 vezes a concentração do O

(BAUKAL, 2001; CARVALHO JR. & LACAVA, 2003).

3 em

relação a atmosferas não poluídas e o aumento da concentração de gases do efeito estufa. Alguns

cientistas acreditam que as emissões de NOx ameaçam mais a saúde pública e o meio ambiente

do que as emissões de SOx, embora as suas conseqüências tendam a ser mais indiretas e de

longo prazo. Em adição, tem-se que os ácidos presentes na chuva ácida podem ser formados

durante o transporte das massas de ar que contêm os poluentes primários, podendo dessa forma

causar danos em locais bem distantes de onde foram gerados. Da mesma forma, o ozônio

também pode viajar por grandes distâncias. Assim sendo, verifica-se que as emissões de NOx

24

não podem ser consideradas apenas como um problema local (REIS JR., 2005; MAKANSI,

1988).

Com relação à deposição ácida, os seus efeitos são a acidificação do solo e a acidificação da

água, que provocam uma redução na diversidade e quantidade de peixes nos lagos e na

degradação de florestas e solos. O excesso de nitrogênio provoca a eutrofização, principalmente

em áreas costeiras. A chuva ácida provoca danos aos ecossistemas, provoca desfolhamento das

árvores, corrosão de monumentos e edifícios históricos, uma vez que atacam diversos materiais

como aço, tintas, plásticos, cimento e vários tipos de pedra, além de reduzir os rendimentos

agrícolas. Além disso, a chuva ácida se infiltra no solo, liberando metais potencialmente tóxicos,

tais como alumínio, chumbo e cádmio, que dessa forma podem ser introduzidos na cadeia

alimentar (PNUMA, 2002; MARTINS & ANDRADE, 2002).

Um estudo realizado sobre deposição úmida no Recôncavo Baiano, através de coletas de

amostras de chuva em quatro estações meteorológicas mostrou uma variação de pH entre 4,1 a

7,1, com um valor mediano de 5,0125, concluindo que 16,5% das amostras de chuva coletadas

em Salvador e 23% das coletadas em Pedra do Cavalo apontaram valores de pH abaixo de 5,0.

Porém, nas estações da CIBEB (a 2 km do Pólo de Camaçari) e da CEPLAC, 60% tem pH

abaixo de 5,0, indicando que as mesmas receberam chuva ligeiramente ácida, em dados

coletados nos anos de 1986 a 1987, em decorrência das contribuições das emissões tanto de NOx

como de SOx, pois mesmo já sendo a chuva, orvalho e névoa ligeiramente ácidos por causa da

dissolução do gás carbônico, normalmente o seu pH se situa em torno de 5,6. Porém, vale

salientar que essa acidez também ocorre em virtude das emissões de SOx (MARTINS &

ANDRADE, 2002; KIPERSTOK et al, 2002). A tabela 2.1 contém os valores das médias

ponderadas do pH da água da chuva que foram obtidos do estudo acima citado.

Tabela 2.1 – valores de pH da chuva no Recôncavo Baiano no período de 1986-1987 Estação pH(média ponderada)

Ondina, Salvador/BA 5,3

Pedra do Cavalo, Cachoeira/BA 5,1

CEPLAC, São Sebastião do Passé/BA 4,8

CIBEB, Camaçari/BA 4,9

Quanto ao ozônio troposférico antropogênico, este pode ser produzido em reações químicas entre

NOx e COVs na presença de luz solar, principalmente em áreas urbanas e industriais e em

regiões propensas a massas de ar estagnado, através da fotólise do NO2, a qual resulta na

25

liberação do oxigênio atmosférico, que se combina com o oxigênio molecular, formando O3,

através da seguinte reação:

Orgânicos + NOx + luz solar → O3 + outros

Onde outros são: PAN-Peroxiacetilnitratos, ácido nítrico, aldeídos, sulfatos, nitratos e outros

O ozônio é uma variedade alotrópica do oxigênio e apresenta-se sob a forma de um gás azul

pálido, de odor picante característico, que pode ser sentido em concentrações de até 0,01 ppm.

Ao contrário do ozônio estratosférico, é considerado um poluente secundário em concentrações

superiores a 120 µg/m3. É um agente oxidante altamente ativo e tóxico, que provoca deterioração

dos materiais, principalmente em borrachas, têxteis e corantes e constitui-se num risco à saúde

humana, uma vez que provoca tosse e diminuição da capacidade pulmonar, além de, nos

vegetais, bloquear a troca gasosa das folhas e reduzir a capacidade fotossintética. É um poluente

de difícil controle, sendo um dos que mais excede as concentrações limite em áreas urbanas

(CARVALHO JR. & LACAVA, 2003; OMS, 1987, apud DUCHIADE, 1992, p. 96; MARTINS

& ANDRADE, 2002).

O smog fotoquímico é uma mistura de reagentes e produtos de reações que ocorrem em presença

de luz solar quando ambos, compostos orgânicos voláteis (COVs) e óxidos de nitrogênio estão

presentes na atmosfera. Acontece nele, simultaneamente, um grande número de reações e está

geralmente associado à ocorrência de picos de ozônio nos grandes centros urbanos. O smog

fotoquímico tem como principais reagentes o óxido de nitrogênio, compostos orgânicos voláteis

e a luz solar e como produtos da reação o ácido nítrico, o ozônio e espécies orgânicas, como o

nitrato de peroxiacetila. Nas cidades, quando se tem a formação do smog fotoquímico, as

concentrações de ozônio ultrapassam bastante os padrões estabelecidos (UGUCIONE et al,

2002; MARTINS & ANDRADE, 2002).

Em resumo, nas suas formas oxidadas como NO2 ou NO, os compostos de nitrogênio são

poluentes primários e participam da atmosfera de uma série de complexas reações, alternando-se

nos diferentes estágios de oxidação, contribuindo para o acréscimo de poluentes secundários,

como o O3

O efeito estufa é a antecipação do aquecimento da terra produzido pelo aumento do lançamento

de energia, poluentes e produtos de combustão para a atmosfera. O planeta terra tem certas

e a neblina fotoquímica.

26

características que o distingue dos demais planetas do sistema solar. Dentre essas características,

destacam-se a composição e a estrutura de nossa atmosfera, que permite uma interação

simultânea com a radiação solar e a superfície da terra. O efeito estufa ocorre porque gases

descarregados na atmosfera bloqueiam a radiação da energia infravermelha da terra para o

espaço, com comprimento de onda na faixa de 4µm a 100µm, mas permitem a passagem da

radiação visível e ultravioleta. Porém, desde a revolução industrial que a concentração desses

gases vêm aumentando sensivelmente, devido em grande parte à queima de combustíveis fósseis,

que provocam a intensificação do efeito estufa, provocando o aquecimento global do planeta.

Dentre os óxidos de nitrogênio que promovem o efeito estufa, destaca-se o óxido nitroso (N2O),

que tem um tempo de residência na atmosfera entre 120 a 175 anos e absorve sensivelmente

radiação infravermelha em duas regiões ao redor de 4µm e 7µm, além de possuir um potencial

de aquecimento global 310 vezes maior do que o CO2 (TOLENTINO e ROCHA F., 1998;

SANGA, GODFREY, 2004).

O óxido nitroso, apesar de ser virtualmente inerte na troposfera, é o óxido dominante na

estratosfera, onde ele é um componente importante do mecanismo da reação UV-O3. O óxido

nitroso absorve a radiação infravermelha, sofrendo fotólise e produzindo dessa forma N2 e um

radical de oxigênio, sendo o maior componente do efeito estufa. A concentração de N2O na

estratosfera é aproximadamente 310 ppb e é mencionado que ela está crescendo 0,25 a 0,31% ao

ano. O total global de emissão de N2

Apesar das incertezas quanto aos futuros impactos em virtude da mudança do clima, estudos

científicos mostram uma previsão do aumento da temperatura média global entre 1,4 e 5,8ºC até

o final deste século, conforme ilustrado na Figura 2.1. Verificou-se, dessa forma, que havia então

uma nova e mais forte evidência de que a maior parte do aquecimento observado nos últimos

cinqüenta anos atribui-se a atividades humanas. Os efeitos adversos desse aquecimento já podem

ser observados na maior ocorrência e intensidade de eventos climáticos extremos como foi o

caso da temporada de furacões no hemisfério norte em 2005, a ameaça a diversos sistemas

vulneráveis, tais como os recifes de corais, em virtude do aumento da temperatura do mar e

diminuição das populações de pássaros migratórios devido a variações climáticas desfavoráveis.

Além disso, a mudança do clima pode provocar redução na disponibilidade de água doce, a

produção de alimentos e a propagação de doenças vetoriais como a malária, esquistossomose e

dengue (PNUMA, 2002; TOLENTINO & ROCHA F., 1998; NAE, 2005). A Figura 2.1 mostra a

O está estimado em 21 ± 2 teragrama/ano. Fontes

antropogênicas correspondem a 40% (CZEPIEL et al, 1996; HEISON & KABEL, 1999).

27

evolução da temperatura média do planeta terra e a projeção para as próximas décadas, onde se

observa uma elevação muito intensa da temperatura.

Figura 2.1 – Variação da temperatura na superfície terrestre (IPCC, 2001, apud NAE, 2005)

Em se tratando da ecotoxidade dos óxidos de nitrogênio, esses poluentes provocam a diminuição

da permeabilidade das membranas celulares provocando a destruição da clorofila e do

caratenóide, além de bloquear a troca gasosa das folhas, prejudicando, desta forma, a capacidade

de realização da fotossíntese das plantas. Efeitos semelhantes também são provocados pelo

ozônio (CARVALHO JR. & LACAVA, 2003).

Tanto o ozônio como o NOx provocam edemas pulmonares no ser humano, uma vez que são

solúveis em gordura, o que lhes permite a penetração nos alvéolos pulmonares e conseqüente

desnaturação das proteínas, o que provoca porosidade nas paredes do alvéolos e capilares,

fazendo com que os pulmões acumulem lentamente um líquido espumoso, até provocar a morte

por asfixia. Os óxidos de nitrogênio também provocam a metaemoglobina ou cianose,

caracterizada pela coloração azulada nos lábios, que afeta principalmente as crianças, podendo

ser letal (LOPES, 1995, apud CARVALHO JR. & LACAVA, 2003, pp. 75 e 76).

2.2 LEGISLAÇÃO ESTRANGEIRA

No panorama mundial, a legislação referente ao controle das emissões de NOx varia entre os

países e as regiões, possuindo os Estados Unidos, Alemanha e Japão as leis mais restritivas.

28

Na Comunidade Européia, um grande avanço na prevenção e no controle da poluição foi dado

em 1996 com a entrada em vigor da Diretriz 96/61/EC, que trata da Política de Prevenção e

Controle Integrados da Poluição (IPPC). Essa diretriz determina no seu artigo 2.11 a

obrigatoriedade dos países membros emitirem licenças para que certos empreendimentos possam

operar, devendo ser assegurado que a melhor técnica disponível (best available techniques –

BAT) seja utilizada, para que dessa forma se obtenha um alto nível de proteção do meio ambiente

com a minimização das emissões, tendo sido previsto pela diretriz o período de onze anos para a

adequação das indústrias existentes. Também foi estabelecido no art. 16.2 desta mesma diretriz a

necessidade de implantação por parte da Comissão Européia de um sistema de troca de

informações entre países membros e suas indústrias. Em virtude disso, o European IPPC Bureau

organiza um sistema de troca de informações de forma que os países membros tenham acesso à

informação das melhores técnicas disponíveis (BREFs), para que dessa forma possam decidir

qual a melhor técnica disponível para cada caso e assim seja estabelecido um equilíbrio

tecnológico entre países da comunidade e a disseminação dos valores limites que podem ser

alcançados (MELO, 2002). Em 07/11/2000 o Conselho Europeu aprovou os limites de emissão

discriminados na tabela 2.2.2 a serem empregados em uma nova diretriz, denominada Directive

on National Emission Ceilings, que deverão ser atingidos por cada país em 2010:

Tabela 2.2.1 - Limites anuais de emissão para serem atingidos em 2010 (MELO, 2002)

Na Alemanha, a Lei Federal para Controle das Emissões de 1974 e emendada em 1995 está

baseada no princípio da precaução, do poluidor pagador e no princípio da cooperação e

estabelece como objetivos gerais a proteção aos homens, animais, plantas, meio ambiente, bens

culturais e outros bens através dos padrões de qualidade do ar com limites que proporcionem

essa proteção e o princípio da ação preventiva, através da utilização da melhor tecnologia de

controle disponível e apropriada para a redução de emissão de poluentes. Desde que os padrões

de emissão estejam definidos na referida lei como a base para o controle de emissão, eles devem

estar definidos nas licenças de operação das instalações e descrevem, dentre outros: as

29

concentrações de fibras, odores ou substâncias permitidas que não devem não devem ser

excedidas por nenhuma média diária; assim como nenhuma medição de média de meia hora

deverá exceder o dobro das concentrações dadas; os fluxos de massa permitidos, com relação ao

tempo de operação, as relações de massas permitidas, por um dia (média diária) e as proporções

de emissões permitidas, por um dia (média diária). Os limites de emissão são estabelecidos nas

Diretrizes Técnicas de Qualidade do Ar (TA Luft), a qual estabelece que a taxa de emissão para o

os óxidos de nitrogênio (calculado como NO2) não pode ultrapassar o valor de 1,8 kg/h, sendo

que a concentração mássica não pode exceder o valor limite de 0,35 mg/m3. Já o padrão de

qualidade do ar é de 200µg/m3, para 98º percentil da distribuição total de médias horárias

medidas durante um ano, ou seja, 98% de todos os valores individuais têm que estar sob o valor

calculado, assegurando, dessa forma, uma boa representatividade. Vale salientar que a

Alemanha, por fazer parte da Comunidade Européia, além de estar sujeita as suas próprias leis,

também deve cumprir as determinações da Diretriz 96/61/EC e assim sendo, algumas emendas

tem sido feitas na sua legislação para a sua adequação (MELO, 2002).

Já no Japão, a lei regulamentadora dos níveis de emissões atmosféricas antropogênicas é o AIR

POLLUTION CONTROL LAW, de 1968, que estabelece os níveis máximos de emissões para

quatro grupos de substâncias, estando os óxidos de nitrogênio no grupo de fumos e fuligem,

poluentes esses que possuem os seus padrões definidos em função do equipamento que os

origina. Nesse país, os padrões de qualidade do ar para o dióxido de nitrogênio para uma média

diária através de dados horários deverá estar na faixa de 0,04ppm a 0,06ppm ou abaixo. Os

padrões de poluentes prioritários no Japão são mostrados na Tabela 2.2.1.

Tabela 2.2.2 – Padrões de qualidade de ar vigentes no Japão (MELO, 2002) Poluente Padrão de Qualidade do ar

Dióxido de enxofre

A média diária através de dados horários não

deverá exceder 0,04ppm e os valores horários não

deverão exceder 0,1ppm.

PM 10

A média diária através de dados horários não

deverá exceder 0,10 mg/m3 e os valores horários

não deverão exceder 0,20mg/m3.

Dióxido de nitrogênio

A média diária através de dados horários deverá

estar na faixa de 0,04ppm a 0,06ppm ou abaixo

(75,26 a 112,88 µg/m3)

Oxidantes fotoquímicos Os valores horários não deverão exceder 0,06ppm

(117,25µg/m3 para o O3).

30

Porém, vale salientar que no Japão, tanto o diretor da agência de meio ambiente como as

prefeituras locais podem estabelecer padrões mais restritivos caso observem que os padrões

estabelecidos em nível nacional não sejam suficientes para assegurar a preservação do bem estar

social e do meio ambiente, uma vez que essa lei busca fundamentalmente assegurar à população

esse bem-estar. Além disso, existe um plano de redução da emissão total que permite que nas

áreas com elevada concentração de fontes de emissão de um determinado poluente, as prefeituras

locais podem estabelecer um plano para redução da emissão total do mesmo, podendo até zonear

as áreas de interesse para que dessa forma possam se adotar padrões em cada zona (MELO,

2002).

Nos Estados Unidos, a primeira legislação federal que trata do controle da poluição atmosférica

data de 1955, com a promulgação do Air Pollution Control Act, que já naquela época tentava

controlar a poluição atmosférica na sua fonte, reconhecendo a ameaça que essa provocava à

saúde e bem-estar público. A ela sucederam-se mais sete legislações federais intituladas Clean

Air Act (CAA), estando hoje em vigor o Clean Air Act of 1990, o qual se refere a cinco áreas

principais: padrões de qualidade do ar, emissões de veículos automotores e combustíveis

alternativos, poluentes atmosféricos tóxicos, chuvas ácidas e destruição da camada de ozônio.

Um item importante a ser levado em consideração é que todas essas leis financiavam pesquisas

sobre poluição atmosférica, pois o governo federal, através da EPA provêm os estados com

apoio científico e dinheiro para os programas por eles desenvolvidos e o item relativo à pesquisa

vem explícito na lei. Como exemplo, tem-se que já na sua primeira edição, o Clean Air Act of

1955, reconhecendo a ameaça que a poluição atmosférica representava à saúde, animais,

agricultura e bem-estar público, destinou U$ 5 milhões anuais, no decorrer de cinco anos, para

pesquisas do serviço público de saúde. A emenda de 1960 estendeu esses investimentos por mais

quatro anos e a emenda subseqüente, a de 1962, exigiu que fossem realizadas pesquisas relativas

aos efeitos de várias substâncias oriundas das descargas de motores. Já a legislação de 1963

destinou U$ 95 milhões por um período de três anos para que os governos estaduais, locais e

agências de controle de poluição para que conduzissem pesquisas e criassem programas de

controle e a versão de 1969 estendeu a autorização para pesquisa em combustíveis e automóveis

menos poluentes. O Clean Air Act determina como deve ser tratada a questão da poluição

atmosférica e estabelece prazos e planos para que os padrões que neles estejam contidos sejam

atingidos, com o objetivo de proteger a saúde pública de poluentes lançados na atmosfera o o

bem-estar geral, através da manutenção de níveis aceitáveis de visibilidade e limitação dos

efeitos da poluição no meio ambiente. O órgão executor dessa lei é o Environmental Protection

31

Agency (EPA), porém os estados também possuem suas agências estaduais que também são

responsáveis pelo cumprimento da lei e, dessa forma, devem desenvolver um Plano de

Implementação Estadual (SIP), que explicita o que cada estado irá fazer para cumprir as

determinações do CAA. Porém, compete primariamente aos distritos regular emissões de fontes

fixas. No estado da Califórnia, o órgão responsável pelo controle da qualidade do ar é

denominado California Air Resources Board (ARB) que divide o estado em vários Distritos

chamados AIR DISTRICTS. Ao ARB cabe dá suporte, direcionamento técnico e realizar

auditorias nos programas dos distritos. Desde 1983 que a atuação do ARB já reduziu emissões de

contaminantes atmosféricos em mais de 7.000 fontes fixas no estado. O distrito que possui a

legislação mais restritiva em relação às emissões de óxidos de nitrogênio é a Costa Sul do Estado

da Califórnia, que com a South Coast Air Quality Management District estabelece um padrão de

emissão atmosférica para fontes fixas com limite de 0,033 lb/MBtu , exceto caldeiras de CO. A

tabela 2.2.3 mostra os padrões de emissão federal nos Estados Unidos e nos estados da Califórnia

e Texas, que possuem legislações mais restritivas (MELO, 2002).

Tabela 2.2.3 – padrões de emissão de NOx nos EUA e nos seus estados mais restritivos (MELO, 2002)

País/estado Padrão de emissão

EUA

0,20lb/MBtu para geração de vapor, queima de

combustível fóssil gasoso

0,30lb/MBtu para geração de vapor, queima de

combustível fóssil líquido

Texas 0,25 lb/MBtu para geração de vapor

Califórnia 0,033lb/MBtu para geração de vapor, exceto

caldeiras de CO

Após a análise da legislação relacionada à poluição atmosférica em nível mundial, chega-se a

uma conclusão de que todos os países anteriormente citados têm a preocupação nas suas

legislações de proteger o bem-estar social, através, principalmente, da fixação dos padrões de

qualidade do ar, limites de emissão e exigência do uso da melhor tecnologia disponível.

2.3 LEGISLAÇÃO BRASILEIRA

Atualmente tem-se no Brasil que o meio ambiente sadio e ecologicamente equilibrado é um

direito constitucional, uma vez que a Constituição da República Federativa do Brasil de 1988

32

defende o meio ambiente ecologicamente equilibrado como um bem de uso comum do povo e

essencial à qualidade de vida. Porém, essa defesa ao meio ambiente na legislação brasileira nem

sempre esteve presente e só recentemente é que se começou a introdução na nossa legislação de

leis referentes à poluição atmosférica.

No âmbito da legislação federal, no Brasil, até 27 de abril de 1976 não existia nenhuma

legislação que tratasse de emissões atmosféricas. Nessa data, foi publicada a Portaria Nº 231 do

Ministério do Interior que estabelecia Padrões de Qualidade do Ar. Esses padrões foram

baseados na legislação americana, que era a mais desenvolvida na época, porém a adaptação à

realidade brasileira não foi muito bem elaborada, uma vez que não se previu nessa portaria um

sistema de acompanhamento contínuo dos padrões de qualidade do ar. Para o caso do NOx, essa

portaria não fixou valor limite, ao passo que a legislação americana estabelecia um padrão de

qualidade do ar no qual a média aritmética anual não poderia ultrapassar o valor de 100mg/m3

(MAGRINI, 2001 apud MOREIRA, 2005, p. 121).

Apesar das deficiências da Portaria Nº 231, ela representou um marco na legislação nacional

relacionada às emissões atmosféricas, pois a partir dela os estados começaram a publicar suas

leis relacionadas ao assunto, como foi o caso do Estado de São Paulo, que em 31/05/76 publicou

a Lei Nº 977, regulamentada em 28/09/76 pelo Decreto Nº 8.468, o qual estabelecia os padrões

de qualidade ambiental, as atribuições do órgão de licenciamento ambiental, o sistema de

licenciamento das fontes de poluição e as sanções aplicáveis às infrações cometidas. Já no

Estado do Rio de Janeiro, a primeira legislação que tratava do assunto de qualidade do ar se deu

em 15/03/78, através da Deliberação Nº 21 da Comissão Estadual de Controle Ambiental –

CECA, que aprovou a Norma Técnica NT-603.R4, que estabeleceu os critérios e padrões do ar

ambiente como parte integrante do Sistema de Licenciamento de Atividades Poluidoras. Aqui no

Estado da Bahia, só após quatro anos da publicação da Portaria 231 do Ministério do Interior é

que foi publicada legislação referente ao tema de emissões atmosféricas, através da Resolução

CEPRAM Nº 41, de 28/04/80, que dispunha sobre os Padrões de Qualidade do Ar no Estado da

Bahia.

Historicamente, o CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente estabeleceu as primeiras

medidas de controle da poluição do ar através da Resolução CONAMA 018/1986 que instituiu o

PROCONVE – Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores, a qual

instituiu metas de níveis de emissão veicular a serem atendidas pela indústria automobilística na

produção de veículos novos.

33

Em 1988, a Constituição Federal assegurou a preservação à qualidade do ar, uma vez que no seu

Art. 225 afirma-se que o direito a respirar um ar puro é garantido a todos, estando fundamentado

no direito a um meio ambiente ecologicamente equilibrado e no direito à saúde.

Em 15/06/89, a legislação nacional avança mais um pouco nesta área e o CONAMA, através da

Resolução Nº 05, institui o Programa Nacional de Qualidade do Ar (PRONAR). Segundo esse

programa, aos estados compete o estabelecimento e a implantação dos Programas Estaduais de

Controle da Poluição do Ar.

Já no ano seguinte, a Resolução Nº 08 do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA)

estabeleceu limites de emissões atmosféricas nas fontes, de acordo com a carga térmica e tipo de

combustível, apenas para partículas totais e dióxido de enxofre. Entretanto, nos padrões de

qualidade do ar estipulados pela Resolução CONAMA 003/1990 o NO2

A partir de 2004 iniciaram-se os estudos nas câmaras técnicas sobre a atualização dos limites de

emissões de poluentes nas fontes primárias, assim como a inclusão do NO

tem limites

estabelecidos para o padrão primário e secundário da qualidade do ar, entendendo-se padrão

primário como níveis máximos de poluentes toleráveis (metas de curto e médio prazo) e padrão

secundário como concentrações abaixo das quais se prevê um efeito mínimo adverso sobre o

bem estar da população, bem como mínimos danos à fauna e a flora.

Os padrões ambientais de qualidade do ar foram estabelecidos com base em informações

científicas para poluentes específicos sobre riscos e efeitos à saúde humana, animais e flora, com

margem de segurança adequada, para diversos tempos de exposição e freqüência de ocorrência,

considerando a combinação causa e efeito e analisando aspectos técnicos, econômicos e sociais.

Eles representam legalmente os limites máximos para a concentração na atmosfera de

determinados poluentes atmosféricos que são fixados com o objetivo de preservar a qualidade do

ar, através de limitações de emissões que não atinjam níveis de concentrações que prejudiquem à

saúde.

2 como poluente

primário controlado, os quais resultaram na Resolução CONAMA 382, de 26 de dezembro de

2006, a qual estabelece os limites máximos de emissão de poluentes para fontes fixas, dentre eles

o NOx, de acordo com as tabelas expostas no apêndice A desta dissertação. Apesar de ser um

avanço, essa resolução não estimula a economia de energia, uma vez que os limites de emissão

foram fixados para os processos de geração de calor em função da potência térmica nominal,

34

diferentemente dos Estados Unidos, por exemplo, que é em função da energia consumida. Tem-

se uma exceção no caso da produção de vidro, na qual os limites de emissão foram fixados em

função da quantidade produzida. Nas demais atividades especificadas nessa resolução, como os

limites de emissão em processos de refinaria de petróleo, fabricação de celulose, fusão

secundária do vidro, cimento Portland, produção de ácido nítrico e siderúrgica, tem-se os limites

de emissão fixados em função do equipamento.

Em nível dos estados da federação, temos em São Paulo e no Paraná as legislações mais

avançadas. Já em dezembro de 2002, a Secretaria do Meio Ambiente e Recursos Hídricos do

Estado do Paraná (SEMA), através da Resolução 041, sai como pioneira no país estabelecendo

padrões de emissão e critérios de atendimento, contemplando também, padrões de

condicionamento e estabelecendo metodologias para determinação das emissões. Essa resolução

foi aprimorada com a sua revisão, através da Resolução Nº 054/06 – SEMA, de 22 de dezembro

de 2006, a qual estabeleceu padrões de emissão e critérios de atendimento para fontes industriais,

comerciais e de serviços, padrões de condicionamento e metodologias a serem utilizadas para

determinação de emissões. Nesta resolução, em seu parágrafo único do Art. 7º determina-se que

os padrões de condicionamento de fontes deverão refletir o melhor estágio tecnológico e de

controle operacional, considerando-se os aspectos de eliminação ou minimização de poluentes

atmosféricos.

No estado de São Paulo, o Decreto 50.753, de 28 de abril de 2006 alterou a redação e incluiu

dispositivos no Regulamento aprovado pelo Decreto 8.468. Esse decreto classificou as regiões

do estado em três categorias: saturadas (SAT), em vias de saturação (EVS) e não saturadas (NS),

conforme as condições contidas no Apêndice B do presente trabalho. Para os empreendimentos

localizados em áreas saturadas e em vias de saturação foi instituído um Programa de Redução

das Emissões Atmosféricas (PREA), no qual os empreendimentos a ele vinculados são obrigados

a cumprirem nas suas renovações de Licença de Operação exigências técnicas especiais. São

elas: a utilização de sistemas de controle de poluição do ar baseados na melhor tecnologia prática

disponível, a implementação de Plano de Monitoramento das Emissões Atmosféricas, segundo

termo de referência da CETESB e cumprimento de metas de redução de emissões estabelecidas

pela CETESB para empreendimento que estão implantados em áreas saturadas. Dessa forma,

incentivou-se a redução das emissões em empresas já instaladas nas áreas saturadas e em vias de

saturação, através da vinculação da renovação da licença de operação a determinadas regras, ao

passo que estipulou-se um sistema de compensação de emissões para empresas que desejem se

implantar nessas áreas.

35

2.4 PROCESSO DE COMBUSTÃO

A existência de emissões nos processos de combustão tem origem no próprio processo e dessa

forma faz-se necessária uma abordagem sobre como ocorre esse processo para que a partir daí se

possa entender como se deve proceder para que elas sejam reduzidas ou até mesmo eliminadas.

Sendo assim, os princípios da combustão serão resumidamente discutidos neste capítulo.

Combustão é uma reação química bastante rápida, caracterizada como uma reação exotérmica

por liberar uma grande quantidade de calor oriunda da energia química do combustível utilizado,

com produção de luz e desprendimento de gases de exaustão, dentre os quais destacam-se o

dióxido e o monóxido de carbono, água, particulados e óxidos de nitrogênio. Essa reação ocorre

entre o oxigênio e os componentes de um combustível. Porém, a combustão não ocorre

simplesmente através de uma única reação, pois envolve uma série de reações complexas,

abrangendo vários estágios, que podem ocorrer em maior ou menor extensão, dependendo de

muitos fatores, tais como: o tipo de combustível, o grau de mistura entre o comburente e o

combustível, que por sua vez depende do tipo de queimador e da câmara de combustão e a

temperatura a qual é submetida a mistura, dentre outros. As principais reações de combustão são

mostradas abaixo (GARCIA, 2002; VIEIRA et al., 2005).

C + O2 → CO2 (2.4.1)

2C + O2 → 2CO (2.4.2)

CO + ½ O2 → CO2 (2.4.3)

H2 + ½ O2 → H2O (2.4.4)

S + 3/2O2 → SO3 (2.4.5)

N2 + O2 → 2NO (2.4.6)

S + O2 → SO2 (2.4.7)

C + ½ O2 → CO (2.4.8)

As reações de combustão são largamente utilizadas no refino de petróleo e na indústria

petroquímica, com menor aplicação na indústria de fibras, ferro e aço, processamento de gás e

outras indústrias em geral, através do aproveitamento da energia térmica liberada nesse processo,

ou seja, a quantidade de calor. Para que essa reação ocorra, é necessário que três elementos

estejam presentes: o combustível, o comburente e a energia de ativação ou ignição.

36

Combustível é toda e qualquer substância que reage com o oxigênio produzindo calor. Eles

geralmente são compostos por carbono, hidrogênio, enxofre, nitrogênio, oxigênio, umidade e

alguns metais, como sódio, potássio e alumínio em pequenas proporções. Dentre eles, destacam-

se o carbono e o hidrogênio, que são os elementos que liberam calor durante a sua queima.

Apesar de também liberar energia quando da sua queima, o enxofre é considerado um elemento

indesejado no combustível, por proporcionar a formação de óxidos de enxofre e ácidos sulfúrico

e sulfuroso, que são fortes poluentes e provocam corrosão nos equipamentos. Quanto aos outros

elementos, além de não liberarem calor quando da sua queima, reduzem o poder calorífico e a

eficiência da combustão, além de serem poluentes, como é o caso do nitrogênio, formador dos

óxidos de nitrogênio, objeto de estudo do presente trabalho (VERGNHANINI, 2005; VIEIRA,

2005; GARCIA, 2002).

O comburente universalmente utilizado é o oxigênio, sendo o ar a sua fonte predominantemente

utilizada, uma vez que ele é constituído basicamente de oxigênio e nitrogênio, numa composição

aproximada de 21% de O2 para 79% de N2 em volume, ou seja, para cada mol de O2 há 3,76

moles de N2. Além disso, o ar é uma fonte praticamente sem custo e em abundância, podendo,

dessa forma, ser utilizada amplamente na indústria (VERGNHANINI, 2005; VIEIRA, 2005;

GARCIA, 2002).

Apesar das reações químicas de combustão serem de natureza exotérmica, elas precisam de uma

energia inicial para que possam ocorrer, a qual é denominada de energia de ativação ou de

ignição. Para que isso ocorra, é necessário que a temperatura do combustível seja tal que ocorra a

vaporização de uma quantidade suficiente de combustível para que seja formada uma mistura

inflamável que possa manter a chama por pelo menos cinco minutos, ou seja, que o ponto de

combustão seja atingido e a proporção de mistura entre o ar e o combustível esteja dentro da

faixa de inflamabilidade, isto é, a concentração de gás ou de vapor combustível no oxigênio ou

no ar deve ser tal que consiga estabelecer uma combustão auto-sustentada. Geralmente é

necessária uma fonte de ignição para inflamar um combustível e para isso, normalmente os

fornos são dotados de um dispositivo de centelhamento elétrico para abertura de arco acendendo

a chama piloto ou queimador piloto – a partir do qual é iniciada a queima do combustível

principal quando da partida do mesmo. Após a partida, a chama é mantida constante através de

um ciclo contínuo no qual o calor irradiado por ela aquece o combustível, decompondo-o em

partículas menores, que por sua vez se combinam com o comburente, queimando e irradiando

mais calor para o combustível e assim sucessivamente (GARCIA, 2002; VIEIRA, 2005).

37

As reações de combustão podem ser completas ou incompletas. Denomina-se de combustão

completa aquelas reações nas quais se leva a substância combustível a sua forma mais oxidada,

ou seja, ele é totalmente queimado, ao passo que combustão incompleta é aquela na qual os

produtos da combustão são formados parcialmente por substâncias que não estão no seu estado

mais oxidado, isto é, a queima é parcial. A ocorrência de reações de combustão completa ou

incompleta depende de uma série de fatores, tais como relação entre as massas de combustível e

comburente, temperatura na qual se processa a reação e a presença ou não de catalisadores

(VERGNHANINI, 2005; SENAI, 2003).

Em uma combustão na qual o oxigênio fornecido ao combustível para que se processe a reação é

o teoricamente suficiente para que ocorra a combustão completa, chama-se essa reação de

estequiométrica. Ele é calculado a partir da estequiometria da reação química do combustível

utilizado. Quando a razão de oxigênio é acima da razão estequiométrica, tem-se excesso e

quando é abaixo, tem-se falta de oxigênio. Uma vez que o comburente utilizado é geralmente o

ar, fala-se em excesso e escassez de ar (SILVA et al, 2006).

Na prática, trabalha-se sempre com um excesso de ar, pois para que a reação aconteça é

necessário que as moléculas de oxigênio e as do combustível entrem em contato. Na composição

do ar existem aproximadamente quatro moléculas de nitrogênio para cada molécula de oxigênio.

As moléculas de nitrogênio, por não participarem da reação, dificultam o encontro entre as

moléculas do combustível e do oxigênio. Além disso, ao passo que a reação se processa, o

número de moléculas de oxigênio em estado livre vai decrescendo e vão surgindo as moléculas

dos produtos da reação, como o CO2 e água, que vão dificultar ainda mais o contato entre as

moléculas reagentes. Dessa forma, a combustão completa só é possível com excesso de ar para

determinada quantidade de combustível, que é possível ser determinada através de curvas e

tabelas construídas para cada combustível em função das percentagens de O2, CO e CO2

A eficiência da combustão depende principalmente do controle da qualidade do combustível e da

sua pressão e temperatura, uso de queimador adequado, boa nebulização, para o caso de

combustíveis líquidos, vazão de ar adequada, boa manutenção nos equipamentos, análise dos

gases exaustos, comprimento e coloração da chama, fumaça na chaminé, dentre outros. Um bom

controle de todos esses itens proporciona não só uma boa eficiência térmica, mas também a

em

volume, nos gases de combustão (SILVA et al, 2006).

38

redução de poluentes nos gases exaustos e, assim sendo, esses parâmetros devem ser estritamente

controlados durante a operação (VIEIRA, 2005).

As reações de combustão ocorrem em equipamentos devidamente projetados para esse fim, que

são denominados de fornos ou aquecedores de processo ou de chama direta. São unidades de

transferência de calor nas quais o calor liberado pela queima de um combustível é transferido

predominantemente por radiação e secundariamente por convecção para o fluido contido nos

tubos. A transferência de calor por convecção se dá pelo movimento entre dois fluidos, no qual o

mais quente cede calor ao mais frio. Já a transferência de calor por radiação se dá através de

ondas eletromagnéticas de calor, que se propagam a partir do corpo com a velocidade da luz.

(EPA, 1993; VIEIRA, 2005).

Os fornos geralmente são usados para geração de vapor d’água e diretamente no processo para

aplicações no qual o aquecimento com vapor não é apropriado. Incluem aplicações nas quais a

elevação de temperatura deve exceder a faixa de 90º C a 204º C. O fluido de processo a ser

aquecido está contido em tubos ao longo de paredes da secção de radiação e no teto da câmara –

enxergando chama por apenas um ou pelos dois lados na zona de radiação e com arranjo

complementar na zona de convecção, na qual não enxerga a chama (EPA, 1993; CHUNG, 2005).

Na Figura 2.4.1 está ilustrado um esquema de um forno, com as suas zonas de radiação e

convecção.

Figura 2.4.1 – esquema de um forno (adaptado de POE & BAUKAL, 2004)

Existem três teorias que explicam a combustão de hidrocarbonetos, que são: a teoria da

hidroxilação e a teoria dos radicais livres, que se aplicam a hidrocarbonetos gasosos, e a teoria

do craqueamento (GARCIA, 2002).

39

A teoria da hidroxilação afirma que o hidrocarboneto ao ser queimado forma compostos

hidroxilados instáveis, através da adição ou da associação da molécula de oxigênio a do

hidrocarboneto, que se transformam em aldeídos e estes por sua vez se rompem e se oxidam para

formarem o formaldeído, que se oxida primeiramente a CO e água e posteriormente a CO2, num

processo extremamente rápido. Como exemplo dessa teoria, é mostrado a seguir uma seqüência

de reações para a combustão do metano:

CH4 + O2 → CH3OH → H2O + HCHO→ CO + H2O → CO2 + H2 (2.4.9)

A teoria dos radicais livres, que é a mais aceita pela comunidade científica, afirma que reações

em cadeia são iniciadas com velocidades proporcionais a da concentração do formaldeído, que

vai aumentando gradualmente até atingir um determinado valor no qual a velocidade de

formação torna-se igual à de destruição. Este mecanismo é ilustrado a seguir para a queima do

metano, supondo que o oxigênio sempre atacará o hidrocarboneto através do hidrogênio,

independente dele ser primário, secundário ou terciário.

HCHO + O2 → radicais livres (2.4.10)

OH + CH4 → H2O + CH3. (radical metila) (2.4.11)

CH3 + O2 HCHO + .OH (2.4.12)

.OH + HCHO H2O + CHO (2.4.13)

2CHO + 3/2O2 → 2CO2 + H2

O (2.4.14)

Já a teoria do craqueamento, que é aplicada quando se opera com o combustível a altas

temperaturas e com uma mistura entre combustível e ar que não é tão boa quanto no caso dos

gases, admite-se que a temperatura elevada provoca a quebra das moléculas de hidrocarbonetos

em carbono e hidrogênio, que irão reagir separadamente com o oxigênio, como é o caso dos

combustíveis mais pesados, como o óleo combustível. Isso vem a explicar a emissão de luz

amarela na chama, que é emitida pelo carbono livre altamente aquecido, ao passo que a queima

do hidrogênio emite luz azul ou violeta (GARCIA, 2002).

40

2.5 FONTES DE EMISSÃO DE NOx

Existem três tipos de mecanismos aceitos pela comunidade científica como sendo os

responsáveis pela formação de NOx nos processos de combustão: o térmico, o imediato e o

combustível.

O NOx térmico é aquele no qual dá-se a formação do NO em processos de combustão realizados

a altas temperaturas de chama e com excesso de ar. Em temperaturas superiores a 1.100ºC ocorre

a dissociação do oxigênio molecular, que é muito estável, em oxigênio atômico, que é bastante

reativo, que por sua vez ataca o nitrogênio molecular. Essa rota de reação, conhecida como

mecanismo de Zeldovich, é composta pelas seguintes reações, dentre as quais a que determina a

sua velocidade é a 2.5.2, pois necessita de uma elevada energia de ativação, cerca de 75kcal/mol

(GARCIA, 2002; BAUKAL, 2001; SIDDIQI & TENINI, 1981):

O2 2O. (2.5.1)

.O + N2 NO + N (2.5.2)

N + O2 NO + O. (2.5.3)

Reação global:

N2 + O2

2221 NON

NO CKCKdt

dC−=

2NO ΔH = -75 kcal/mol (2.5.4)

A velocidade dessa reação é dada pela seguinte equação (LORA, 2002):

(2.5.5)

Sendo:

CNO = concentração de NO na combustão (mol/m3)

CN2 = concentração de N2 na combustão (mol/m3)

K1 e K2 constantes cinéticas de velocidade de reação

Dessa forma, a concentração de equilíbrio dos óxidos de nitrogênio pelo mecanismo térmico é

(LORA, 2002):

41

( )[ ]RTCCC ONNO /21500exp6,4 22 −= (2.5.6)

Uma vez que as taxas das reações de combustão são muito mais rápidas do que a da reação

(2.5.2), que é a que inicia o mecanismo de Zeldovich, a maior parte do NO térmico é formado na

região de pós-chama e a sua formação é extremamente dependente da temperatura, sendo este

fator mais importante do que o das concentrações de O2 e N2, conforme visto na equação acima.

A Figura 2.5.1 ilustra a importância da temperatura na formação de NOx térmico, para três tipos

de gases combustíveis (CARVALHO JR. & LACAVA, 2003; BAUKAL, 2002).

Figura 2.5.1 – formação de NOx como função da temperatura do combustível (adaptado CHUNG et al,

2005)

Por ser a formação de NO nos processos de combustão extremamente dependente da

temperatura, a utilização de ar pré-aquecido, apesar de aumentar a eficiência térmica, aumenta

dramaticamente as emissões de NOx, conforme mostrado na Figura 2.5.2 (BAUKAL, 2001).

Figura 2.5.2 – aumento das emissões de NOx em função da temperatura do ar pré-aquecido (adaptado

BAUKAL, WAIBEL & WEBSTER, 2006)

42

Assim como a utilização de ar pré-aquecido aumenta a formação de NOx, ao se utilizar o

combustível pré-aquecido como forma de elevar a eficiência térmica, também se verifica o

aumento das emissões de NOx, embora de uma forma mais branda se comparada a do pré-

aquecimento do ar (BAUKAL, 2001).

Além do controle da temperatura de pico, ao se operar processos de combustão deve-se atentar

para o tempo de permanência dos gases de combustão em temperaturas elevadas. Uma vez que o

mecanismo de Zeldovich é lento por necessitar de uma grande energia de ativação para ser

iniciado, quanto maior for o tempo de queima maior será a quantidade de NO formado

(CARVALHO JR. & LACAVA, 2003).

Existe, ainda, um outro mecanismo proposto por Lavoie, Heymond e Keck, dado através das

seguintes reações:

N + OH NO + H (2.5.7)

H + N2O N2 + OH (2.5.8)

O + N2O N2 + O2 (2.5.9)

O + N2O 2NO (2.5.10)

Nesse mecanismo, os radicais H e OH são decorrentes da queima incompleta de combustível,

denominados transportadores de cadeia e estão presentes na chama (GARCIA, 2002).

O NO imediato, também conhecido como NO ativo ou prompt, é o óxido nítrico formado das

reações entre o nitrogênio diatômico e radicais livres de hidrocarbonetos. O NO imediato ocorre

em zonas ricas de combustível, onde os radicais hidrocarbônicos são mais facilmente

encontrados, uma vez que as reações acontecem na região vizinha à chama, próxima a parte

luminosa, onde as reações são rápidas, pois necessitam de uma baixa energia de ativação e

ocorrem num ambiente no qual os hidrocarbonetos ainda não foram totalmente consumidos. Este

processo se dá através de um grande número de reações, nas quais os radicais de hidrocarbonetos

são espécies intermediárias formadas durante o processo de combustão. Esse mecanismo foi

proposto em 1971 por Fenimore e as suas principais reações são (HEISON & KABEL, 1999;

CARVALHO JR. & LACAVA, 2003; BAUKAL, 2001):

CH + N2 HCN + N, (2.5.11)

CH2 + N2 HCN + NH, (2.5.12)

43

CH2 + N2 H2CN + N, (2.5.13)

N + O2 NO + O, (2.5.14)

N + OH NO + H (2.5.15)

O NO imediato é absolutamente dependente da presença de hidrocarbonetos, pois chamas como

as de H2 e CO não produzem NO imediato. Em menor grau, existe uma dependência com o tipo

de combustível, temperatura e ritmo de mistura, porém, já o tempo de residência, não afeta muito

a sua formação, uma vez que tempos de residência relativamente longos nessa região podem

levar à destruição do NO, conforme as reações abaixo.

CH+NO→ 1/2N + produtos (2.5.16)

NHi + NO → N2 + produtos (2.5.17)

C+NO→CO+1/2N2 (2.5.18)

C+2NO→CO2 +N2 (2.5.19)

Onde NHi são compostos nitrogenados, podendo ser NH3, NH2

O NOx combustível é aquele formado pela oxidação direta de compostos nitrogenados contidos

no combustível, através de um mecanismo bastante complexo, uma vez que depende da pirólise

do combustível e posteriores reações entre muitas espécies nitrogenadas intermediárias, nas

ou NH.

Excetua-se, para esse caso, chamas muito ricas e com temperaturas baixas, nas quais pode

ocorrer um super-equilíbrio da concentração de NO (VERGNHANINI, 2005).

Esse mecanismo de formação de NOx caracteriza-se por uma duração rápida do processo, uma

vez que a reação se dá numa pequena seção da frente de chama e uma forte dependência da

mistura ar/combustível, pois quanto maior for o excesso de ar, maior a formação de NOx

(LORA, 2002).

Em se tratando de queimadores nos quais a sua geometria foi modificada para se evitar picos de

temperatura e conseqüentemente reduzir a produção de NO térmico, o NOx imediato pode se

tornar mais importante. Porém, este NOx imediato só se sobrepõe ao NO térmico em condições

de combustão rica, que é a combustão que acontece em uma atmosfera rica em combustível, caso

contrário, o térmico representa mais de 70% de todo NO formado (HEISON & KABEL, 1999;

CARVALHO JR. & LACAVA, 2003).

44

quais compostos nitrogenados primários são quebrados dando origem aos radicais nitrogenados

secundários, tais como HCN, CN, NH2 e N, que são convertidos a NO através de reações do

mecanismo de Fenimore anteriormente descrito (GARG, 1992; CARVALHO JR. & LACAVA,

2003). A Figura 2.5.3 mostra espécies envolvidas no mecanismo imediato e no combustível.

Figura 2.5.3 – mecanismos imediato e combustível de formação de NO (adaptado WAIBEL, 1997)

Segundo Garcia (2002), a formação do NOx combustível é bastante dependente do teor de

nitrogênio orgânico existente no combustível, dessa forma, quanto mais pesado ele for, maior

será a sua formação, como nos óleos derivados de xisto, que por possuírem altos teores de

nitrogênio orgânico apresentam elevadas emissões de NOx. Porém, o percentual de conversão do

nitrogênio orgânico a NOx varia entre os combustíveis. Para os óleos combustíveis pesados e os

carvões minerais, esse percentual é de 50%. Tem-se que para caldeiras e fornos petroquímicos

que operam com óleos, as concentrações de NOx nos gases de combustão variam entre 100ppm

para equipamentos pequenos e até 1000ppm para equipamentos de grande porte. Na Figura 2.5.4

é mostrada a influência do teor de nitrogênio do combustível na produção de NOx.

Figura 2.5.4 – emissões de NOx combustível X concentração de nitrogênio no combustível (adaptado

WAIBEL, 1997).

Da mesma forma que para o NOx térmico, as emissões de NOx combustível também se elevam

quando se opera com altos excessos de ar, porém ele é apenas levemente dependente da

45

temperatura, ao contrário do térmico. Eles começam a se formar quando se atingem temperaturas

entre 627-727ºC (LORA, 2002).

Diante do exposto acima, tem-se o seguinte quadro para a formação de óxidos de nitrogênio nas

fornalhas: a altas temperaturas, como as atingidas na combustão do carvão mineral, óleo diesel e

gás natural o mecanismo de formação de NOx que prevalece é o térmico. Porém, em se tratando

de combustão do gás natural em pequenas instalações, o mecanismo de formação que prevalece é

o imediato. Já para a combustão realizada em temperaturas relativamente baixas, como as que

utilizam carvões betuminosos, turfa e biomassa, o mecanismo de formação que prevalece é o

combustível. Dessa forma, ao se avaliar as modificações necessárias no processo para se alcançar

menores emissões de NOx nos processos de combustão deve-se considerar o mecanismo

dominante de formação do poluente no respectivo processo (LORA, 2002).

2.6 NECESSIDADE DA UTILIZAÇÃO DAS TECNOLOGIAS MAIS LIMPAS

Desde a criação da terra há cerca de quatro bilhões e meio de anos atrás que o nosso planeta vem

resistindo às mudanças naturais e lentas que têm ocorrido no seu ambiente. Porém, a partir do

final do século XVIII com a Revolução Industrial e mais intensamente no século XX, vieram a

explosão populacional e o aumento do consumo pessoal, que é mais intenso nos países

industrializados, acarretando uma agressão antropogênica jamais experimentada anteriormente.

O homem primitivo, que consumia uma energia de cerca de 2.000 kcal por dia, passou, nos dias

atuais, a consumir quase 250.000 kcal, o que vem a mostrar a grande pressão que a humanidade

tem exercido no meio ambiente, causando mudanças ambientais rápidas, isto é, através de

décadas o que outrora ocorria através dos séculos. “A forma como a energia é produzida e

utilizada está na raiz de muitas dessas causas” (GOLDEMBERG, 1998).

A indústria é responsável por 35 a 45% do consumo de energia nos países desenvolvidos e uma

parcela maior ainda nos países em desenvolvimento, nos quais ela é a responsável por cerca de

20% da poluição total do ar, sendo que o uso de combustíveis fósseis corresponde a cerca de

90% do consumo da energia atual. Dentro desse contexto, vale ressaltar que as emissões de

46

resíduos gasosos são geralmente mais abundantes se comparadas com as emissões de resíduos

sólidos e líquidos, no ar e na terra (GOLDEMBERG, 1998; KIPERSTOK et al, 2002).

O Relatório Brutland apresentado pela Comissão Mundial da ONU sobre o Meio Ambiente e

Desenvolvimento – UNCED, em 1987, conceituou o desenvolvimento sustentável como sendo

aquele desenvolvimento que é capaz de suprir as necessidades das presentes gerações sem o

comprometimento das futuras gerações poderem suprir às suas (NUSDEO, 2005).

De acordo com Cardoso (2004), as tecnologias ambientais são de extrema importância quando se

pensa em alcançar o desenvolvimento sustentável, pois elas proporcionam o desenvolvimento da

economia de uma forma paralela à conservação dos recursos naturais e à proteção ao meio

ambiente, uma vez que trabalham de uma forma que o benefício ambiental também resulte em

vantagem econômica, o que provoca a desvinculação entre desenvolvimento e ameaças

ambientais.

Segundo a definição da UNIDO – United Nations Industrial Development Organization

“Produção mais limpa significa a aplicação contínua de uma estratégia preventiva, econômica,

ambiental e tecnológica integrada aos processos e produtos, a fim de aumentar a eficiência no

uso de matérias-primas, água e energia, através da não-geração, minimização ou reciclagem de

todos os resíduos gerados nos setores produtivos.” Ou seja, ajusta-se o processo produtivo de

forma que ocorra a diminuição da emissão/geração de resíduos desde pequenas modificações no

modelo existente até a aquisição de novas tecnologias (KIPERSTOK et al, 2002).

Atualmente, com o aumento de catástrofes naturais atribuídas ao efeito estufa, tem crescido

bastante o interesse social pelas questões ambientais. A sociedade finalmente converge para a

conclusão de que da mesma forma que é necessário crescer, é necessário crescer de uma forma

sustentada e, assim sendo, o emprego das tecnologias de produção mais limpa ganha uma grande

importância nos nossos dias, uma vez que estima-se que 70% de todos os resíduos e emissões

gerados pelas indústrias podem ser evitados na fonte através do uso de procedimentos técnicos

sadios e economicamente rentáveis. Além disso, o seu uso como estratégia para um

desenvolvimento sustentável tem mostrado a sua eficácia nesse sentido, através de experiências

realizadas em todo o mundo, quando elas são inseridas nas políticas públicas, planejamento

setoriais, empresariais e no dia-a-dia da sociedade. Desta forma, chega-se a conclusão que os

processos de combustão necessitam fazer uso das tecnologias mais limpas para poderem atingir

um nível mínimo de poluição e se tornarem desta forma menos impactantes (BAAS et al, 1992,

apud EA/UFRGS, 2002; MELLO & NASCIMENTO, 2002).

47

2.7 O PÓLO DE CAMAÇARI

O Pólo Industrial de Camaçari está localizado a 50km de Salvador, na cidade de Camaçari,

Bahia, distando 5km ao norte da sua sede e a 7km ao sul da cidade de Dias D’Ávila. Teve sua

operação iniciada em 29 junho de 1978, com a empresa de insumos básicos COPENE –

Companhia Petroquímica do Nordeste(hoje, Braskem Insumos Básicos) e foi o primeiro

complexo petroquímico planejado do país. Porém, desde o seu início que não só empresas de

natureza química e petroquímica lá se têm instalado, mas também indústrias automotivas, de

celulose, metalurgia do cobre, têxtil e bebidas, tendo sido intensificada essa participação nos

últimos anos, o que o levou a se tornar o maior complexo industrial integrado do Hemisfério Sul,

possuindo um investimento global maior que 11 bilhões de dólares e uma capacidade instalada

acima de 11,5 milhões t/ano. A totalização de sua produção tem uma representação de 35% nas

exportações baianas e participação no PIB baiano superior a 30%, sendo o responsável por quase

metade da oferta de resinas termoplásticas do Brasil (COFIC, 2006).

Figura 2.7.1- Vista do Complexo Industrial de Camaçari (COFIC)

O Pólo Industrial de Camaçari possui a sua localização central na latitude 12º 40’ S e Longitude

38º 20’ W, possuindo uma topografia predominantemente plana, na qual existem pequenas e

suaves elevações a oeste e a nordeste, contrárias às planícies do litoral, ao sul e ao sudeste. Esse

tipo de distribuição do relevo é o fator que determina o escoamento do vento na AIP – Área de

Influência do Pólo, caracterizado por uma brisa noturna oriunda dos ventos mais frios que

descem as colinas durante a noite e a madrugada, ocasionando a convergência do ar para a região

durante a manhã, uma vez que eles se encontram com os ventos alísios, que sopram do oceano,

provocando, dessa forma, uma condição desfavorável à dispersão nesse horário. Em

contrapartida, durante a tarde e início da noite, esses mesmos ventos alísios se juntam aos ventos

ascendentes nas encostas das colinas, facilitando à dispersão do ar para o interior, nesse horário

(CETREL, 2005).

48

O suprimento de matéria-prima do Pólo Industrial de Camaçari é oriundo da RLAN – Refinaria

Landulfo Alves, da Petrobras, localizada no município de São Francisco do Conde, a 27 km do

Pólo. Essas matérias-prima são encaminhadas para a Braskem, onde são transformadas em

matérias-prima para as indústrias de segunda geração, que na seqüência, parte supre as indústrias

de transformação e parte é exportada para outros estados ou países. Nesse vai e vem de matérias-

primas, os processos de combustão são largamente utilizados, pois se faz necessário uma grande

troca de energia para que essas transformações químicas ocorram de uma forma adequada e,

assim sendo, o calor é largamente utilizado como forma de energia, através da queima de

combustíveis fósseis, principalmente na linha de aplicação de plásticos, fibras sintéticas,

borrachas sintéticas, resinas e pigmentos (BARBOSA, 2003).

As empresas do Pólo dispõem de serviços especializados em tratamento ambiental, cuja

responsável é a CETREL – Empresa de Proteção Ambiental, que teve seu início de operação em

1978, tendo inicialmente a função de tratar dos efluentes líquidos gerados no Pólo, mas no

decorrer dos anos ela foi ampliando gradativamente as suas atividades e atualmente ela é

responsável não só pela coleta, tratamento e disposição final de resíduos líquidos e sólidos, mas

também é responsável pelo monitoramento contínuo do ar do Pólo e da sua região de influência,

através da Rede de Monitoramento do Ar - RMA, que opera desde 1994. Essa rede passou por

um processo de ampliação e modernização em 2004, no qual agregou novas estações e torres

meteorológicas e pelo qual todas elas foram equipadas com analisadores contínuos de poluentes

atmosféricos e um software que coleta, armazena e trata os dados. A referida rede monitora o

comportamento do ar atmosférico local em nível de microescala de fenômenos atmosféricos, ou

seja, medindo as turbulências e as térmicas da camada limite planetária, assim como também as

variações dos ventos devidos as rugosidades do terreno e construções na localidade.

Esse sistema de monitoramento do ar hoje existente na área de influência do Pólo teve os seus

alicerces fincados no início da década de 70. Segundo o Relatório Técnico da Qualidade do Ar –

CRA – CEPED/SUDENE(1982), os primeiros relatos sobre medições da qualidade do ar na

Bahia foi um Estudo de Qualidade do Ar – Salvador e Municípios Vizinhos, em 1975, por um

período de apenas quinze dias, no qual analisou-se apenas as concentrações de SO2 e material

particulado em suspensão(MPS) na sede do CEPED – Centro de Pesquisas e Desenvolvimento,

em Camaçari, na planta de gasolina da Petrobrás, em Catu, na Base Naval de Aratu e na cidade

de Simões Filho, além das medidas das concentrações de monóxido de carbono na Praça dos

Veteranos, em Salvador. Por ter sido realizado em um curto intervalo de tempo, não se pode

49

realizar nenhuma conclusão dos estudos, porém destacou-se o fato de que em nenhum dos locais

analisados foi detectado SO2 com o método utilizado, que foi o da Pararosanilina, cujo limite de

detecção era de 10µg/m3. Esses estudos também revelaram baixos níveis de poluente em

Camaçari, aliado também a um baixo desvio padrão, contrastando com o ocorrido em Catu e na

Base Naval de Aratu, que possuíam uma qualidade de ar influenciada por emissões de uma

metalúrgica e de uma indústria cimenteira, respectivamente. Também é importante lembrar que

esses baixos níveis de poluição encontrados em Camaçari nesses estudos são de uma data

anterior a três anos à entrada em operação do Pólo Industrial de Camaçari, que só se deu em

junho de 1978.

Já em 1980 foi realizado um novo estudo da qualidade do ar na Bahia, pelo Centro de Recursos

Ambientais - CRA, no qual foram realizadas 35 medições de material particulado em suspensão

no município de Candeias, no qual não foi detectado ultrapassagem do padrão de 24h, apesar da

média geométrica para uma das estações ter atingido 87µg/m3

Um grande passo para o controle da qualidade do ar no estado da Bahia foi dado em meados de

1980, através de um convênio com a SUDENE – Superintendência de Desenvolvimento do

Nordeste e o CEPED, no qual foi possível a instalação e operação da REPAR – Rede Primária de

Avaliação da Qualidade do Ar, a qual passou a realizar a monitoração da qualidade do ar da

RMS – Região Metropolitana de Salvador, sendo o CRA o seu executor. A partir daí, foi

identificada a área do antigo Complexo Petroquímico de Camaçari – COPEC como sendo a mais

degradada em relação à poluição atmosférica, o que justificou um novo convênio entre a

SUDENE e a SEPLANTEC – Secretaria de Planejamento e Tecnologia do Estado da Bahia, em

1982, o qual proporcionou a instalação de uma rede de quatro estações de monitoramento da

qualidade do ar do tipo OPS/OMS. Essa rede permitiu a determinação diária e simultânea das

concentrações de material particulado em suspensão e de dióxido de enxofre e possibilitou a

, tendo apresentado acentuadas

variações devido à influência de uma indústria de negro-de-fumo próxima. Nesse mesmo ano,

também foram realizadas 15 medições, de MPS em Santo Amaro, além de 20 análises da taxa de

material particulado sedimentável, o qual indicou níveis crescentes desse poluente à medida que

se aproximava de uma fundição de chumbo lá existente.

Dessa forma, pode-se ver que até o ano de 1980 o conhecimento da qualidade do ar no estado da

Bahia restringiu-se a medições esporádicas, de forma que não podiam subsidiar ações de

planejamento e de correção com relação à qualidade do ar na região (CRA, 1982).

50

fiscalização dos Padrões de Qualidade do Ar fixados pela antiga SEMA – Secretaria do Meio

Ambiente e pelo CEPRAM para estes poluentes, até então não monitorados.

Em 17/08/1987 um convênio entre a SEMA e o CRA – Convênio 021 possibilitou a elaboração

de um Projeto da “Rede de Monitoragem da Qualidade do Ar na Área de Influência do Pólo

Petroquímico de Camaçari”. Uma vez que o complexo em questão estava em fase de ampliação,

esse projeto teve como objetivo geral a elaboração de uma rede de monitoramento da qualidade

do ar na área sob influência do COPEC para que fosse avaliado o impacto, principalmente após a

ampliação. A sua execução abrangeu um inventário das emissões atmosféricas na região, um

estudo das condições meteorológicas, um estudo da dispersão de SO2

• Conhecimento da qualidade do ar para que se pudesse fazer a comparação com a

legislação existente;

, além da definição de um

projeto de rede de monitoramento da qualidade do ar no qual determinou-se o número, os tipos e

a localização das estações de amostragem, bem como os parâmetros que deveriam ser

monitorados e os métodos de coleta, criando-se assim, o embrião da atual rede de

monitoramento.

Ao se executar o projeto, foi levado em consideração que com relação à poluição atmosférica as

zonas urbanas de Lamarão do Passé e, em menor escala, a de São Sebastião do Passé, que se

encontram localizadas a noroeste do Pólo e estavam na linha direta do cone de fumaça das

indústrias do complexo. Constatou-se que as cidades de Camaçari e Dias D’Ávila, que se situam

a 3km nas direções sul e norte, respectivamente, apesar de encontrarem-se mais protegidas em

função da direção predominante dos ventos ser a sudeste, tinha-se como fator agravante para elas

a constatação de uma calmaria noturna em virtude de medições realizadas com relação a direção

e velocidade dos ventos, nas quais detectou-se essa calmaria em 70% das medições, além da

pequena distância entre as fontes poluidoras e os receptores.

No projeto de criação dessa rede, procurou-se projetá-la de forma que se pudesse atender aos

seguintes objetivos:

• Acompanhamento das tendências da qualidade do ar;

• Fornecimento de dados para estudos e efeitos;

• Desenvolvimento e acompanhamento de planejamento de ações de controle de poluição

do ar.

51

Nesse projeto definiu-se a implantação de sete estações fixas, sendo duas contínuas e cinco

manuais para o monitoramento do dióxido de enxofre, três estações móveis para material

particulado e também uma estação móvel com monitores contínuos de HC, NOx, O3 e

parâmetros meteorológicos(direção e velocidade dos ventos, umidade relativa e radiação solar).

A partir desse projeto, daria-se início ao monitoramento dos óxidos de nitrogênio na área do

Complexo Industrial de Camaçari e foi de grande importância para a obtenção de uma base

sólida para o conhecimento da poluição atmosférica na área em estudo (CRA,1982).

52

3. REVISÃO DA LITERATURA

3.1 PANORAMA DAS EMISSÕES DE NOx no BRASIL

O problema da poluição do ar no Brasil, assim como no restante do mundo, vem aumentando a

cerca de muito tempo, tendo sido intensificado esse crescimento desde os meados do século XX

e, ao que tudo indica, continuará crescendo ainda por um longo período, a não ser que se tomem

medidas enérgicas para o seu controle em um curto prazo. Em conseqüência da degradação da

qualidade do ar, tem-se também a degradação da qualidade de vida das pessoas de uma forma

democrática, ou seja, tanto nos países ricos, como nos países pobres (REBOUÇAS, 1997).

Porém, nos últimos anos, em virtude de seus efeitos serem já bastante visíveis, inclusive com a

intensificação de grandes desastres naturais como o do furacão Katrina e a seca na Amazônia,

em 2005, é que vem crescendo a preocupação da sociedade com os efeitos da poluição do ar, que

é entendida como sendo a presença na atmosfera de alguma substância estranha em

concentrações suficientes para produzir efeitos prejudiciais e mensuráveis ao homem, animais,

vegetais e aos materiais.

O problema da poluição do ar, assim como os demais problemas de poluição ambiental está

relacionado a uma cadeia cíclica na qual os poluentes nascem, vivem e morrem. No presente

estudo, o nascimento do poluente, que é o NOx, se dá nas emissões oriundas dos processos de

combustão utilizados largamente em grande parte das indústrias situadas no Pólo de Camaçari,

ou seja, em fontes estacionárias. A vida desse poluente foi analisada na atmosfera do Pólo e na

sua área de influência, onde se dá o seu transporte e suas transformações físicas, através da

dispersão ou difusão e sedimentação e nas transformações químicas, através de reações

químicas, tais como se dá na formação do ozônio. A sua morte se dá pela sua remoção, através

dos receptores, que infelizmente são os seres vivos e materiais, que sofrem diretamente as suas

conseqüências (CETREL, 2005).

A Agenda 21, no seu capítulo nono afirma que é condição do desenvolvimento sustentável que

“todas as fontes de energia deverão ser usadas de maneira a respeitar a atmosfera, a saúde

humana e o meio ambiente como um todo”. Ao se analisar o panorama mundial da qualidade do

ar, vê-se que esse assunto não foi devidamente tratado até o presente momento, uma vez que a

53

qualidade do ar nas grandes cidades do mundo não são consideradas muito boas, tendência essa

também verificada no nosso país (ECO 92, 1992).

No panorama nacional, a cidade que apresenta a situação mais grave com relação à poluição

atmosférica é a cidade de São Paulo e sua região metropolitana, em decorrência de se tratar de

um dos maiores aglomerados humanos do mundo. Com uma população superior a 17 milhões de

habitantes, ocupa aproximadamente uma área de 8.051m2, situada num compartimento rebaixado

do Planalto Atlântico, com topografia mais ou menos irregular. Possui altitudes que variam de

6.500 a 1.200m e distando 45 km do Oceano Atlântico, apresenta, geralmente, condições

razoáveis de ventilação (REBOUÇAS, 1997; CETESB, 2005).

O problema da poluição do ar na Região Metropolitana de São Paulo é devido em grande parte a

sua grande frota automotiva, porém as indústrias também representam uma fonte significativa de

emissão, uma vez que existem cerca de 2.000 indústrias de alto potencial poluidor nessa área.

Estimativas realizadas em 2004 indicam que essas fontes são responsáveis por 371 mil t/ano de

óxidos de nitrogênio lançados nessa atmosfera, sendo que os veículos são responsáveis por 96%

desse total (CETESB, 2005).

Com relação ao monitoramento dos poluentes, desde o final da década de setenta que a Região

Metropolitana de São Paulo dispõe de uma eficiente rede de monitoramento da qualidade do ar,

tanto com relação à distribuição temporal, quanto à espacial, que tem mostrado no decorrer de

todos esses anos que a qualidade do ar dessa região vem se degradando gradativamente

(REBOUÇAS, 1997).

Para o caso específico dos óxidos de nitrogênio, os dados de 2004 indicam que não houve

ultrapassagem do padrão horário, que é de 320μg/m³, porém o mesmo não pode ser dito de anos

anteriores, nos quais existiram alguns casos. Vale salientar, também, que o limite nacional é

maior do que o estabelecido pela OMS – Organização Mundial de Saúde, que é de 200μg/m3. Já

o padrão anual, que é de 100µg/m3

Também é importante se analisar a área do Pólo Industrial de Cubatão, de grande relevância para

o país, distando 45 km da cidade de São Paulo. Teve um rápido desenvolvimento a partir dos

anos setenta, tendo-se instalado lá mais de trinta indústrias de grande porte como petroquímicas,

fábricas de fertilizantes, siderúrgicas, dentre outras, tendo alcançado 3% do PIB brasileiro já em

1985. Em virtude desse rápido desenvolvimento, em 1984 as indústrias locais chegaram a lançar

, não tem sido ultrapassado (CETESB, 2005).

54

quase 1.000 t de poluentes por dia, o que veio a provocar níveis críticos de poluição do ar na

região, chegando até a ser considerada a região mais poluída do mundo, tendo, inclusive,

recebido o apelido de “Vale da Morte”. Para a reversão desse quadro crítico de poluição é que

foi implantado em 1984 um programa para controle de poluição industrial, a fim de se reduzir

esses níveis em cinco anos. Através desse programa, as indústrias foram mobilizadas a fim de

que essa poluição fosse reduzida e monitorada e, nesse mesmo ano, 62 cronogramas de

atividades de controle foram firmados entre as indústrias e a CETESB. No período de 1984 a

1994 foram investidos 700 milhões de dólares por parte das indústrias na área de controle

ambiental, o que trouxe uma sensível melhoria na qualidade do ar da região, pois foram

especificados equipamentos, instalações e procedimentos para que os padrões estabelecidos na

Tabela 3.1 fossem atingidos. Também ficou prevista uma série de restrições na operação das

indústrias locais caso fossem atingidos estados de atenção, alerta e emergência com relação à

poluição do ar. Para o grupo dos oxidantes fotoquímicos, no qual o NOx está inserido, ficou

proibida a produção de ácido nítrico e a queima de qualquer combustível em fontes estacionárias

caso o estado de emergência fosse atingido (CETESB, 2005; LORA, 2002; REBOUÇAS, 1997).

Tabela 3.1 – padrão de emissão para processos industriais em Cubatão(CETESB, 2005)

Na atualidade, um programa de aperfeiçoamento do controle das fontes existentes é

desenvolvido pela CETESB, o qual visa o estabelecimento de novos padrões de emissão de

poluentes para as indústrias da região, visando à proteção da vegetação da Serra do Mar, assim

como também o ataque às fontes que ainda não foram controladas. Ainda dentro desse programa,

são realizados a fiscalização e o monitoramento como forma de garantir a melhoria contínua da

qualidade ambiental. Como conseqüência desse empenho na melhoria da qualidade do ar, tem-se

hoje em dia um ar menos poluído do que o da década de 80, indicando, dessa forma, que a

melhoria da qualidade do ar é uma questão de empenho de todos os seguimentos da sociedade

para um bem-estar comum e que quanto mais tarde se toma consciência desse problema, mais

elevados são os gastos para se reverter essa situação (CETESB, 2005).

55

A Região Metropolitana do Rio de Janeiro é composta por dezessete municípios e está inserida

numa área de 4.690km2, com uma população de 11milhões de habitantes, sendo a segunda maior

concentração de população, de veículos, de indústrias e de fontes emissoras de poluentes do país.

Aliado a isso, a região possui características que lhe são peculiares, como a topografia

acidentada, influência da Baía de Guanabara na distribuição e dispersão de poluentes, as altas

temperaturas que favorecem a formação de processos fotoquímicos e a maior densidade

demográfica do país. Para se avaliar a qualidade do ar dessa região, desde 1967 que é realizado o

monitoramento desse ar pelo antigo Instituto de Engenharia Sanitária, que operou as primeiras

estações de amostragem da qualidade do ar. Atualmente, a FEEMA – Fundação Estadual de

Engenharia do Meio Ambiente, órgão responsável pelo controle ambiental no estado, dispõe de

uma rede de monitoramento com 22 estações de amostragem manuais e cinco automáticas, sendo

quatro fixas e uma móvel. Porém, dessa totalidade, apenas as estações automáticas fazem o

monitoramento do grupo universalmente indicador da qualidade do ar, que são: SO2, NOx, O3,

CO, HC, e PI. As demais monitoram apenas PI e PTS (FEEMA, 2007).

Do que acima foi exposto, pode-se observar que o monitoramento do ar nessa região, apesar de

antigo, é deficiente. Mas, mesmo assim, foi possível verificar com relação aos óxidos de

nitrogênio que no período de 1999 a 2001 o padrão nacional para exposição prolongada não foi

ultrapassado, porém foi observada uma tendência crescente. Já o ozônio, verificou-se violações

no seu limite de 160µg/m3 e uma tendência também crescente (PIRES, 2005).

A Região Metropolitana de Belo Horizonte é composta por 32 municípios e possui uma

população de aproximadamente 4,3 milhões de habitantes distribuída em 8.612,3km2,

concentrando 24,3% da população do estado em 1,5% do seu território. Está inserida em uma

região montanhosa, que possui no seu entorno grandes elevações na Serra do Curral, o que vem a

ser um fator agravante para a dispersão dos poluentes que nessa área são emitidos, uma vez que a

ventilação é prejudicada em virtude da topografia da região (FEAM, 2005; REBOUÇAS, 1997).

Em virtude dos motivos acima citados, essa região apresenta um panorama não muito bom com

relação a sua qualidade do ar, em virtude da cidade possuir uma grande frota automotiva e um

parque industrial com empresas de grande porte, principalmente no ramo siderúrgico, além da

Refinaria Gabriel Passos – REGAP, da Petrobras, em Betim, todas essas utilizando amplamente

os processos de combustão. Daí ser essa área emissora em potencial de NOx (REBOUÇAS,

1997).

56

A atual rede de monitoramento do ar da Região Metropolitana de Belo Horizonte foi sendo

construída desde 1995 quando foram instaladas as estações de Betim, Contagem e uma em Belo

Horizonte, a qual se somaram mais duas em 2002. Nesse mesmo ano, também foram

acrescentadas mais duas estações em Betim e uma em Ibirité e a última estação em 2004,

também em Ibirité. São estações automáticas que transmitem os seus dados em tempo real para

duas centrais de dados instalados na Divisão de Monitoramento e Geoprocessamento da FEAM.

Atualmente, todas as estações monitoram os parâmetros meteorológicos velocidade e direção do

vento, temperatura e umidade relativa do ar. Os poluentes monitorados são PI, NOx, SO2, O3 e

CO, sendo que duas estações da região urbana monitoram apenas parâmetros meteorológicos e

partículas inaláveis (FEAM, 2005).

Vale salientar que a rede acima supracitada foi sendo construída ao longo dos anos com recursos

das próprias empresas que na região se instalaram, uma vez que três foram adquiridas pela

REGAP como medida compensatória em seu processo de licenciamento ambiental em 1995 e

mais três em 2002, duas pela Vallourec & Mannesmann Tubes em cumprimento da

condicionante da licença de operação e uma em 2004 pela Usina Termelétrica de Ibirité, também

como mediada compensatória no seu processo de licenciamento (FEAM, 2005).

Apesar de uma rede bem estruturada, essa rede acima descrita apresentou inúmeros problemas

no decorrer dos anos de 2003 e 2004, quando muitas delas ficaram sem operar devido a

problemas de manutenção em seus analisadores. Dessa forma, para o caso do NOx, dados da

FEAM não acusam a ultrapassagem dos limites desse poluente durante esse período, porém o

critério da representatividade não foi alcançado em virtude desses problemas, ou seja, não foi

realizado um mínimo de 50% de dados válidos em um quadrimestre, o que comprometeu a

análise (FEAM, 2005).

No Paraná, a RMC - Região Metropolitana de Curitiba, que é composta de 26 municípios dentro

de uma área de 13.041 km2

Dados do Relatório da SEMA (2006) afirmam que a qualidade do ar na RMC na maioria das

vezes está com a classificação boa ou regular, apresentando alguns episódios de violação. Esse

e possuindo uma população projetada de 3.263.311 habitantes

(IPARDES, 2000-2010) está localizada no primeiro Planalto do Estado do Paraná, possuindo um

parque industrial expressivo, o qual se constitui num pólo regional da indústria nacional, onde se

destacam indústrias automobilísticas, além de uma refinaria da Petrobrás – Refinaria Presidente

Vargas, em Araucária (SEMA, 2007).

57

mesmo relatório também verificou que o número de violações vem diminuindo no decorrer dos

anos, atribuindo-se, inclusive, essa melhoria a avançada legislação do estado hoje em vigor. Para

o caso específico do NOx, esse mesmo relatório mostrou que os maiores valores de NOx horário

são verificados nas estações da REPAR e da CIC, com valores de 310,6µg/m3 e 382,5µg/m3

respectivamente, evidenciando-se, dessa forma, a influência dos processos de combustão nas

emissões desse poluente.

Analisando a qualidade do ar na Bahia, tem-se a Região Metropolitana de Salvador que está

inserida no Recôncavo Baiano e circunda a Baía de Todos os Santos, possui uma boa circulação

de ar em virtude da sua topografia e conseqüentemente apresenta uma boa dispersão de

poluentes, como atenuante dos seus problemas com a poluição do ar, conforme. Porém, é uma

região que sofre influência do parque industrial localizado no seu entorno, como as indústrias do

Centro Industrial de Aratu – CIA, a Refinaria Landulfo Alves – RLAM e o Pólo Industrial de

Camaçari, conforme já foi exposto no capítulo 2.7, sendo objeto de estudo do presente trabalho.

3.2 CONTROLE NA FONTE de NOx

A Produção Mais Limpa trabalha prioritariamente com a redução de resíduos e emissões na

fonte, através da modificação no processo ou no produto. A redução nas emissões dos óxidos de

nitrogênio nos processos de combustão pode ser alcançada trabalhando-se em cima dos fatores

que determinam a sua formação, como o controle da temperatura da fornalha e sobre a

concentração de oxigênio durante a queima. Ela pode ser realizada através de pré-tratamento do

combustível, modificação na combustão e modificação do processo de geração de energia. Esses

métodos são chamados de preventivos ou de pré-combustão. Dentre eles, temos também o uso de

boas práticas operacionais, ou housekeeping. Eles geralmente possuem a propriedade da

aditividade, ou seja, a utilização de mais de um método para a redução das emissões faz com que

a eficiência global para se atingir níveis mais baixos de emissões aumente, de forma que se atinja

um percentual maior de redução de emissões. A seguir, serão apresentadas as técnicas de

controle de NOx aplicadas a processos de combustão em fontes estacionárias (LORA, 2002;

BAUKAL, 2001).

58

3.2.1. Redução do consumo de energia

Ao se adotar as técnicas de produção mais limpas para a redução das emissões de NOx, a

primeira atitude que deve ser tomada é a de redução do consumo de energia, sempre que

possível, pois essa prática levaria não só à redução de problemas ambientais relativos à

degradação da qualidade do ar, mas também à redução do consumo dos combustíveis fósseis,

cujas reservas são finitas. Nesse sentido, é imprescindível que as indústrias promovam a

eficiência energética e por isso um grande progresso tem ocorrido nessa área, uma vez que as

empresas passaram a utilizar métodos técnicos para aumentá-la. De uma forma mais ampla, para

redução do consumo de combustíveis - no caso das emissões nos processos de combustão, não é

suficiente focar-se apenas na eficiência energética das caldeiras e fornalhas, onde a reação

ocorre, ou na eficiência do combustível utilizado. É necessário que se busque a eficiência

energética da planta como um todo, isto é, de cada processo e equipamento e da qualidade da

integração energética de toda a planta (KIPERSTOK et al, 2002).

Dentre os métodos que mais se destacam para se alcançar essa otimização, através da integração

energética, está a Tecnologia Pinch, que consiste em uma técnica de produção mais limpa que

visa aproveitar o calor das correntes quentes que necessitam de resfriamento para aquecer outras

correntes frias que necessitam de aquecimento. No emprego dessa técnica, não só se atinge uma

otimização energética, mas também uma economia em água de resfriamento (LINHOFF et al.,

1998; SOUZA NETO, 2005).

Um outro artifício que a indústria tem lançado mão na atualidade para atingir uma melhor

eficiência energética é a co-geração. Isto é, gera energia mecânica e térmica, ao mesmo tempo, a

partir de uma fonte de energia primária: a combustão. A partir daí, utiliza-se a energia mecânica

como trabalho ou como energia elétrica, através de sua transformação em um gerador de

eletricidade. Já a energia térmica é utilizada como fonte de calor para os processos industriais,

tão necessários em indústrias químicas e petroquímicas, dentre outras, tais como a grande

maioria das indústrias do Pólo de Camaçari. Para que essa co-geração seja realizada de uma

maneira mais limpa e mais eficiente, é necessário que na queima dos combustíveis fósseis sejam

utilizadas as técnicas de redução das emissões de NOx nos processos de combustão, na fonte

(XAVIER, 2005).

59

Também é importante salientar que para se atingir uma boa eficiência energética é necessário

que a empresa adote as boas práticas operacionais (housekeeping) em geral, que consistem em

medidas de um certo grau de facilidade de implantação na empresa, podendo, porém, incluir

mudanças no nível organizacional da mesma. Constituem-se em alterações simples no processo

ou matéria-prima, abrangendo, inclusive, treinamento e motivação de pessoal, alteração na

concentração ou dosagem de produtos, reorganização do sistema de manutenção preventiva e

corretiva, evitar perdas por evaporação, dentre outras. Neste grupo inclui-se, no caso específico

das reduções de emissões de NOx nos processos de combustão, um programa de operação e

manutenção adequados, incluindo a prevenção de perdas e dissipação de energia que são

provocadas por vazamentos que ocorrem dentro ou para fora do sistema. Ou seja, deve existir

uma rotina de inspeção objetivando à detecção de perdas e vazamentos, danos em isolamentos,

além do uso de selos em tanques e dutovias (KIPERSTOK et al, 2002; MACADANS et al,

2002).

3.2.2 Substituição ou pré-tratamento de combustível ou oxidante:

a) Troca de combustível:

Para se atingir emissões cada vez mais baixas, a produção mais limpa lança mão da substituição

de insumos e processos, que consistem na substituição de insumos e processos mais poluentes

por outros menos poluentes ou perigosos, de forma que se reduza o volume de emissões, através

da redução do número de componentes no processo, uso de substâncias livres de material

pesado, uso de energias alternativas, uso de substâncias menos tóxicas, etc. Nesta categoria está

a troca de um combustível mais pesado por outro mais leve, como é o caso da troca de carvão

mineral por óleo combustível. Neste caso, vale ressaltar que em busca de resultados ambientais

melhores e de menores custos, muitas empresas na atualidade têm efetuado a troca do seu

combustível anteriormente utilizado na combustão pelo gás natural, que vem ganhando espaço

na matriz energética brasileira e especificamente baiana, com a entrada em operação do Campo

de Manati, em março deste ano. Nos anos 90, o uso do gás natural cresceu cerca de 22% e tem

apresentado uma tendência crescente de uso, em virtude dele ser de baixo custo, ter queima

limpa e alta disponibilidade. Porém, para o caso específico das emissões de NOx, o gás natural

apresenta desvantagem nesta substituição. Como se pode observar na Figura 3.2.2, as emissões

de NOx em caldeiras que queimam gás natural é cerca de 11 a 31% maior do que nas caldeiras

que queimam óleo combustível, dado às altas temperaturas atingidas pela combustão do gás

natural. Sendo assim, torna-se imperativo que na sua queima sejam utilizadas as técnicas de

60

controle de NOx, especialmente na fonte, para que dessa forma esse problema possa ser

minimizado resultando, assim, num verdadeiro ganho ambiental . Vale ressaltar, que em virtude

dos problemas anteriormente expostos, o assunto do gás natural é um tema polêmico, o qual

sempre desperta simpatizantes e opositores (HINRICHS & KLEINBACH, 2003; SILVA et al,

2006).

Também como forma de substituição de combustível, é importante citar a biomassa, que vem

crescendo gradativamente na matriz energética mundial e brasileira. Entende-se por biomassa

uma fonte de energia mais limpa e renovável, que pode ser encontrada em grande abundância e

sendo derivada de materiais orgânicos, tais como cana-de-açúcar, bagaço de cana, restos de

madeira, óleo vegetal, estrume de gado e lixo. Porém, esse é um tema polêmico, pois na

atualidade a maior parte dos biocombustíveis produzidos não são economicamente rentáveis,

sendo necessária uma política de subsídios para a sua produção. Também deve ser levada em

consideração a disponibilidade local de alimentação, o direito ao uso e à propriedade da terra, os

impactos provocados no ambiente local, como erosão, contaminação do solo, água e ar pelo uso

de pesticidas e fertilizantes químicos. Dessa forma, a aplicação da biomassa para fins energéticos

deve-se focar mais na utilização de resíduos. Como exemplo dessa utilização, temos o projeto de

aproveitamento dos gases do Aterro Centro Salvador, na região metropolitana de Salvador. Um

outro exemplo é a utilização de briquetes, que são produtos que possuem um alto poder

calorífico e podem ser produzidos a partir da compactação do pó de serragem ou de cascas

vegetais como a casca de coco, bastante abundante na Bahia e um problema ambiental enquanto

resíduo sólido, dado ao grande volume produzido neste estado. O Protocolo de Quioto instituiu

no seu artigo 12 um mecanismo que permite aos países desenvolvidos que possuem metas de

redução de emissões de gases de efeito estufa compensarem essas suas emissões através de

projetos de tecnologias mais limpas instalados em países em desenvolvimento, que geram dessa

forma créditos de carbono a partir do cálculo da quantidade de gases de efeito estufa que

deixaram de ser lançados no ar em virtude da implementação das mudanças. Dessa forma, esses

projetos podem ser financiados por outras empresas estrangeiras (PÓLO NACIONAL DE

BIOCOMBUSTÍVEIS, 2008; FIEC, 2003; SILVEIRA, 2008; NUSDEO, 2005).

61

0,000,501,001,502,002,503,003,50

1,11 1,20

3,18

1,001,54

Emissão relativa de Nox

Figura 3.2.2 – Emissões relativas de NOx para diversos combustíveis (adaptado VIEIRA, 2005)

b) Pré-tratamento do combustível:

Esta técnica consiste em tratar previamente o combustível antes de seu uso no processo de

combustão. Um exemplo desta técnica é a remoção do nitrogênio ligado do óleo combustível,

através do processo de hidrotratamento com hidrogênio, ou a remoção do nitrogênio molecular

do gás natural. Normalmente esta técnica possui alto custo, mas estão surgindo tecnologias

alternativas com o uso da remoção simultânea de compostos nitrogenados pela técnica de

oxidação (BAUKAL, 2001; SOUZA, 2003).

c) Aditivos:

Consiste em adicionar na corrente de alimentação do combustível ou oxidante uma substância

química com o objetivo de reduzir as emissões de NOx através da mudança da química dos

processos de combustão. Um exemplo desse tipo de técnica é a injeção de amônia na corrente do

ar de combustão, sob certas condições. Vários fatores devem ser considerados para aplicação

dessa opção, tais como economia, efeitos no processo e cada combinação química através do

processo (BAUKAL, 2001).

d) Troca de oxidante:

Esta é uma técnica que poderá ser utilizada no futuro, caso sejam desenvolvidas novas técnicas

de separação de oxigênio do ar e dessa forma torne o seu uso viável nos processo de combustão.

A combustão com oxigênio puro ocorre sem a presença de nitrogênio do ar atmosférico,

eliminando a possibilidade de formação de NOx. Esta técnica possui atualmente custo muito

elevado devido à energia gasta para separar o oxigênio do ar (BAUKAL, 2001).

62

3.2.3 Modificações no processo de combustão:

a)Redução do ar pré-aquecido

Uma técnica de modificação da combustão é a redução da temperatura de pré-aquecimento do ar

de combustão, uma vez que o uso de ar pré-aquecido tem uma grande influência no aumento das

emissões de NOx. Porém, esta prática também provoca uma queda na eficiência térmica do

sistema. Entretanto, essa perda pode ser mitigada se o forno for equipado com uma seção de

convecção. Esta é uma técnica que facilmente pode ser empregada, na qual o único custo efetivo

a ser considerado é a perda de eficiência, que é compensada com redução das emissões de NOx e

dessa forma deve ser avaliada (BAUKAL, 2001).

b)Baixo excesso de ar:

O excesso de ar geralmente tem como fonte o ar suprido nos queimadores e o ar oriundo de

infiltrações. Esse segundo também pode ser significativo no aumento das emissões, caso essas

infiltrações ocorram numa zona próxima aos queimadores, uma vez que o excesso de ar aumenta

as emissões de NOx em virtude do N2 e O2

Em muitos casos, o NOx pode ser reduzido apenas reduzindo-se o excesso de ar através dos

queimadores, porém existe um limite prático para essa redução, que é dado pela emissão de CO,

pois se o excesso de ar reduzido estiver abaixo desse limite, haverá aumento das emissões de

CO, que além de ser um poluente muito tóxico é um sinal de que o combustível não está sendo

totalmente queimado e dessa forma a eficiência do sistema não está boa. Assim sendo, um

pequeno excesso de ar é necessário para assegurar a combustão completa do combustível e as

combinados numa zona de reação de alta

temperatura formarem óxido de nitrogênio (BAUKAL, 2001).

Além de um baixo excesso de ar reduzir a formação de NOx, ele também beneficia a eficiência

térmica em virtude de uma quantidade adicional de ar absorver energia do sistema para ser

aquecido e depois lançado fora com os efluentes gasosos. Dessa forma, a otimização do

suprimento de ar tanto reduz a formação de NOx como também o consumo de combustível. A

redução da concentração de oxigênio local em decorrência da minimização do excesso de ar na

zona de combustão forma uma atmosfera redutora a qual inibe tanto a formação de NOx térmico

quanto o NOx proveniente de compostos nitrogenados do combustível (BAUKAL, 2001).

63

emissões de CO, em virtude da mistura entre combustível e oxidante na difusão da chama do

queimador não ser perfeita. Também se deve levar em conta que o excesso de ar mínimo está

relacionado com o tipo de combustível utilizado, como por exemplo, no caso de queimadores de

gás, que necessitam de um menor excesso do que os de óleo combustível. Um excesso de ar de 2

a 4% tem se mostrado ser a melhor relação para a eficiência térmica e a redução das emissões de

CO (EPA, 1993).

Existem, ainda, algumas técnicas especiais que controlam a quantidade de O2 na chama. Entre

elas, está a combustão pulsante, que reduz as emissões de NOx através da alternância entre

combustão rica e combustão pobre, sendo que a estequiometria global da reação é mantida

controlando-se as pulsações. Entretanto, essa não é uma técnica comumente usada na indústria,

por causa de problemas operacionais decorrentes da alta freqüência do ciclo de troca de válvulas

que ainda não foi satisfatoriamente resolvido (BAUKAL, 2001).

c) Estagiamento:

A combustão por estagiamento é a adição gradativa de combustível ou oxidante, ou seja, a

injeção de um desses dois elementos após a principal zona de combustão, de forma que se

promova regiões ricas e pobres na câmara de combustão e dessa forma haja o controle da

temperatura e das concentrações, e assim se criem condições desfavoráveis à formação de NOx (

CARVALHO JR. & LACAVA, 2003).

No estagiamento de combustível, parte do combustível é injetado na zona primária de

combustão, ao passo que o combustível restante é adicionado na zona secundária, chegando até

mesmo, eventualmente, a ser introduzido numa zona terciária. O estagiamento de combustível

produz uma zona primária rica em O2 e dessa forma uma diminuição de temperatura de pico,

pois parte da energia do sistema é gasta para aquecer o O2 excedente e, assim sendo, reduz a

formação de NO. O excesso de ar que não é utilizado na zona primária é utilizado para queimar o

restante do combustível adicionado na zona secundária. A Figura 3.2.3.1 ilustra um queimador

que opera com estagiamento de combustível (BAUKAL, 2001; WAIBEL, 1997).

64

Figura 3.2.3.1- queimador com estagiamento de combustível (adaptadoWAIBEL, 1997).

No estagiamento do ar, uma fração do ar de combustão é injetado na zona primária, ao passo que

o restante é adicionado numa zona secundária e até mesmo numa zona terciária. Essa técnica

produz uma zona primária com queima rica, o que é desfavorável à formação de NOx, pois a

reação ocorre numa zona redutora, na qual N2 é preferencialmente formado ao invés de NOx.

Apesar da temperatura inicial da chama ser alta na zona de combustão, a formação de óxidos de

nitrogênio é limitada pela baixa concentração de O2. Dessa forma, o estagiamento do ar é

preferível ao estagiamento de combustível quando se opera com óleos combustíveis pesados, por

essa técnica também inibir a formação de NOx combustível. Já nas zonas posteriores, é

adicionado o restante do ar e dessa forma promove-se a queima do combustível não queimado na

zona primária (BAUKAL, 2001).

À medida que se aumenta o estagiamento, há uma queda da temperatura e da qualidade da chama

e, em conseqüência, o fluxo que provêm da chama é prejudicado. Em decorrência, essa técnica

não deve ser aplicada em processos de aquecimento nos quais o fluxo do fluido possa ser

seriamente afetado por variações da distribuição do fluxo de calor, tal como reforma a vapor do

metano, altamente endotérmica (EPA, 1993; WAIBEL, 1997). A Figura 3.2.3.2 apresenta um

esquema de um queimador com estagiamento de ar.

Figura 3.2.3.2 – queimador com estagiamento de ar (adaptado WAIBEL, 1997)

65

d) Recirculação dos gases de combustão:

Esta técnica baseia-se no controle de temperatura na região da chama, através da diluição do ar

oxidante, com o retorno de parte dos gases de saída da câmara, que serão pré-misturados com o

oxidante a concentrações de 10% a 20% em base volumétrica, conseguindo-se dessa forma uma

redução das emissões de NOx em até 80% (CARVALHO JR. & LACAVA, 2003).

A recirculação pode ser interna ou externa. Na recirculação externa, os gases exaustos são

recirculados para a chama através dos queimadores por um duto externo ao forno. Embora o

forno ou o fluxo de gases sejam bastantes quentes, eles são consideravelmente mais frios do que

a chama e, assim sendo, eles reduzem a temperatura da chama, provocando um sensível

decréscimo na formação de NOx.

Para aplicação desta técnica é necessário que sejam utilizados queimadores com aerodinâmica

adequada para que se tenha um controle eficiente entre o combustível e o oxidante e assim sejam

evitadas bolhas de calor, proporcionando uma temperatura uniforme na chama, ocasionando

temperaturas mais baixas e um maior controle da química na chama, de forma a reduzir a

formação de NOx. Também é necessário um sistema de ventilação que proporcione a

recirculação dos gases externos para a fornalha e de volta através do queimador, que deve ter

uma estrutura tal que suporte o volume adicional e a diferença de temperatura entre os gases

recirculados que estão sendo parcialmente ou completamente misturados com os gases de

combustão. Em seguida é mostrado na Figura 3.2.3.3 um esquema de uma recirculação externa.

Figura 3.2.3.3 – esquema de uma recirculação externa (adaptado BAUKAL, WAIBEL & WEBSTER,

2006)

Para o caso da recirculação interna, os gases resultantes do produto da combustão são

recirculados dentro da própria chama. Apesar destes gases possuírem temperatura bastante

66

elevada, esta temperatura é mais baixa do que a temperatura da chama e desta forma eles

reduzem essa temperatura, diminuindo, conseqüentemente, a formação de NOx. A Figura 3.2.3.4

apresenta um esquema de uma recirculação interna de gases (BAUKAL, 2001).

Figura 3.2.3.4 – recirculação interna (adaptado BAUKAL, WAIBEL & WEBSTER, 2006)

O aumento do percentual de gases recirculados provoca um decréscimo do NOx térmico, mas

provoca instabilidade da chama, o que determina um limite para essa recirculação, que é em

torno de 15% a 25%, o que proporciona uma redução de NOx térmico em torno de 50%.

Também deve ser levado em consideração que para cada 1% de gases recirculados há uma perda

de eficiência na caldeira em torno de 0,01-0,03%. Para combustíveis com baixo teor de

nitrogênio na sua composição elementar, atinge-se redução de emissões na faixa de 40-80%.

Dessa forma, a técnica é mais indicada para ser utilizada em sistemas que operam com

combustíveis que possuem baixo teor de nitrogênio, como o gás natural, apresentando grande

eficiência quando usada juntamente com o estagiamento de ar (JONES, 1994; LORA, 2002).

A eficiência desse método depende fundamentalmente da fração dos gases recirculados e o local

em que eles são introduzidos na fornalha. Assim sendo, temos que para a queima do gás natural e

o óleo combustível com uma taxa de recirculação em torno de 20%, tem-se uma eficiência em

torno de 50% na redução das emissões de NOx quando os gases efluentes da combustão são

introduzidos junto com o ar primário, 25% quando eles são introduzidos através do canal anular

localizado ao redor do queimador e 15% quando são introduzidos em bocais localizados embaixo

dos queimadores ( LORA, 2002).

Para se implantar um sistema com recirculação de gases, alguns investimentos devem ser feitos,

como a instalação de um duto, um ventilador para recirculação do fluxo de gases, unidade

controladora de fluxo, queimadores especiais e instrumentação de controle de combustão

(BAUKAL, 2001).

67

Por as técnicas de redução das emissões de NOx apresentarem a propriedade da aditividade, ao

se combinar as técnicas de combustão com baixo excesso de ar, recirculação dos gases de

combustão e o estagiamento, pode-se atingir níveis de redução de emissões de NOx em torno de

70-90% durante a combustão do gás natural e óleo combustível e em torno de 40-60% durante a

combustão do carvão mineral (LORA, 2002).

e) Injeção de água ou de vapor:

Esta técnica é baseada no princípio de que a redução da temperatura no processo de combustão

proporciona uma redução nas emissões de NOx. Dessa forma, a água é utilizada como um

diluente do comburente na região da chama, proporcionando um controle de temperatura. O

método consiste em injetar água sobre o ar oxidante antes que ele atinja a câmara de combustão,

diminuindo assim a temperatura na região da queima pela absorção de calor latente de

vaporização. Entretanto, os efluentes gasosos carregam consigo parte da energia do sistema, o

que provoca uma redução na eficiência energética. Para amenizar esse problema, pode-se utilizar

vapor ao invés de água, uma vez que o vapor já possui o calor latente de vaporização,

absorvendo menos energia do que a água, além de se misturar mais facilmente com os gases de

combustão. Uma opção é utilizar o excedente de vapor de baixa pressão que é desperdiçado na

indústria. Contudo, para quantidades equivalentes, a injeção de água é mais efetiva do que a de

vapor em cerca de 50%. Alternativamente, também pode-se injetar água/vapor no combustível e

a partir daí realizar a queima de uma emulsão, entretanto apenas pequenas reduções de NOx são

atingidas (MAKANSI, 1988).

Segundo Carvalho Jr. & Lacava (2003), esta técnica não é utilizada como controle primário de

NOx, uma vez que bons níveis de redução são alcançados apenas quando grandes quantidades

são injetadas, provocando, dessa forma, grande desperdício de energia. Assim sendo, ela deve

estar associada a uma outra técnica ou a uma pequena necessidade de redução de emissão.

Para se avaliar o uso desta técnica, algumas considerações devem ser analisadas, tais como

(MAKANSI, 1988):

i)as emissões de CO e hidrocarbonetos não queimados aumentam, especialmente com baixas

cargas;

ii)o consumo de combustível aumenta 5% para poder fornecer calor latente de vaporização à

água;

68

iii)a água que foi tratada é perdida na chaminé;

iv)controle de turbina e de monitoramento são mais complexos;

v)a confiabilidade e a vida útil do equipamento devem ser afetados.

Segundo Lora et al (2004, apud MOREIRA, 2005, p. 83), em se tratando de usina de geração

termelétrica, a injeção de água ou vapor possui a vantagem de além de reduzir os níveis de

emissão de NOx, também elevar um pouco a potência gerada pela turbina, uma vez que aumenta

o fluxo de massa através da mesma.

f) Requeima:

Requeima ou combustão estagiada de combustível é uma técnica de remoção de NOx dos

produtos de combustão que utiliza um hidrocarboneto combustível como agente redutor, sendo

preferíveis os que tenham baixo teor de nitrogênio em sua composição e alta volatilidade, como

por exemplo, o metano. O hidrocarboneto é injetado nos gases de queima, após a zona primária

de combustão, na qual os gases estão a elevadas temperaturas. À medida que os gases da queima

passam através da zona redutora rica em combustível, o NOx é reduzido para N2. O CO e o

combustível não queimado dos efluentes gasosos sofrem então a combustão numa zona com

temperaturas bem mais baixas do que a da zona principal de combustão, sendo, portanto,

desfavorável à formação de NOx (BAUKAL, 2001; MAKANSI, 1988).

Entretanto, existem alguns problemas operacionais ao se lidar com esta técnica, como adequar a

injeção de gás de requeima e dos efluentes gasosos, manter a capacidade da zona de requeima de

sustentar a combustão numa parte do processo com baixa temperatura, para que se minimize a

formação de NOx. Também se deve procurar recuperar a energia produzida durante a requeima,

adicionando-se esse calor ao sistema (BAUKAL, 2001).

A requeima requer a criação de três zonas distintas de reação, que são uma zona primária

operada próxima à condição estequiométrica, uma subestequiométrica zona de requeima para

reduzir o NOx da zona primária e uma zona terciária ou zona de requeima onde o ar é injetado

para completar a requeima (JONES, 1994).

69

g) Queimadores de baixa formação de NOx:

Um queimador ou maçarico é um equipamento no qual se promove a mistura controlada entre o

ar e o combustível de forma a se obter uma chama bem conformada e estável, através da

dosagem desses dois reagentes em proporções adequadas ao limite de flamabilidade para ignição

e para uma queima estável. Os queimadores convencionais normalmente apresentam níveis

elevados de formação de NOx. Em contrapartida, os queimadores de baixo NOx, ou de alta

eficiência, ou de ar forçado ou de alta intensidade apresentam níveis bem mais baixos de

emissões, tanto de NOx como de SO3 a partir do SO2, uma vez que operam com excessos de ar

extremamente baixos: 2% com gás natural e até 10 a 15% com resíduo asfáltico. Além disso,

eles possuem uma alta razão de redução de capacidade, isto é, uma grande flexibilidade de carga,

podendo atingir até 10:1, ou seja, ele tem a capacidade de operar no máximo com até 10 vezes a

sua capacidade mínima de liberação de calor (GARCIA, 2002).

Esses tipos de queimadores operam com pressões elevadas de ar de queima, em torno de 100 a

300mm de coluna d’água na caixa de ar e uma capacidade de liberação de calor também bastante

elevada, existindo modelos com até 140 Gcal/h(desde 600 kg/h até 14 t/h de óleo combustível).

Eles proporcionam a diminuição da concentração de O2

Os queimadores de recirculação interna são assim chamados por proporcionarem a reciclagem de

parte dos gases de combustão no interior da própria chama, em virtude de possuírem um

escoamento rotativo bastante turbulento, uma vez que o ar de queima é dividido em duas partes,

sendo que numa delas o ar passa por um turbulador, o que ocasiona um movimento rotatório

intenso, provocando o giro do ar primário e do óleo pulverizado. O ar remanescente passa

através do direcionador de ar, a fim de modelar o envelope da chama. Eles operam com uma

nebulização mista, isto é, primeiramente ela é realizada mecanicamente e depois, com o auxílio

na seção inicial da chama, onde ocorre a

ignição e combustão dos voláteis e proporcionam uma seqüência de combustão rica e pobre, que

é alcançada por meios aerodinâmicos, de forma diferente da combustão estagiada, na qual se

utiliza a injeção de combustível e ar por locais diferentes da fornalha. Ou seja, eles proporcionam

o estagiamento da combustão frente à boca do queimador (GARCIA, 2002; LORA, 2002).

Apesar desses queimadores serem bem mais caros do que os convencionais, ao se optar pelo seu

uso deve-se levar em consideração a menor quantidade de equipamentos requerida para uma

dada liberação de calor e a menor emissão de poluentes que eles proporcionam. São divididos

em duas categorias: os de recirculação interna e os de recirculação externa (GARCIA, 2002).

70

de um fluido de nebulização, que pode ser vapor ou ar, numa proporção em torno de 4% da

vazão do óleo combustível. A pressão de operação do óleo combustível deve ser alta, em torno

de 2,0 MPa. Em contrapartida, a pressão do fluido auxiliar pode ser bem menor, uma vez que a

maior parte da energia de pressão do óleo é usada na seção de nebulização mecânica (GARCIA,

2002).

Esses tipos de queimadores proporcionam uma chama que possui três zonas distintas. Na

primeira zona, que é a de pré-combustão e pré-gaseificação, ocorre o craqueamento térmico do

combustível devido às altas temperaturas de aquecimento. Porém, por ser uma zona com

escassez de ar, não só a formação de NOx, mas também a oxidação do SO2 a SO3 são inibidas.

Já na segunda zona, que é denominada de zona de retro-combustão, por ser muito turbulenta em

virtude do turbulador existente no queimador, ocorre o retorno de parte dos gases semi-

queimados dos gases de combustão, que se encontram com um grande excesso de ar, provocando

dessa forma uma zona oxidante e por fim tem-se a terceira zona, que é a de combustão

propriamente dita, ligeiramente oxidante ou neutra, conforme pode ser visualizada na Figura

3.2.3.5.

Figura 3.2.3.5 – Zonas da chama (adaptado

Existem também os queimadores com recirculação externa, também conhecidos como

queimadores com recirculação discreta dos gases de combustão, os quais captam esses gases na

câmara de combustão, retornando-os para o queimador através da sua mistura com o ar, ou

diretamente pela mistura na caixa de ar, também chamada de plenum ou câmara de equalização

do escoamento de gases do forno. No projeto para implantação desses queimadores, cuidados

71

especiais devem ser dados aos dutos e às caixas de ar, para que seja alcançada uma mistura

homogênea, de forma que se tenha uma boa distribuição para todos os queimadores do

respectivo forno. Esses queimadores operam com baixos excessos de ar e conseguem atingir uma

redução de até 75% nas emissões de NOx (GARCIA, 2002).

h)Queimadores de ultra baixa emissão de NOx:

Os queimadores de ultra baixa emissão de NOx são queimadores de última geração que foram

desenvolvidos com o objetivo de satisfazer as restritivas leis de emissão da South Coast Air

Quality Management District, da Costa Sul do Estado da Califórnia, nos Estados Unidos, a qual

possui um dos limites mais restritivos de emissão de NOx no mundo, uma vez que os

queimadores existentes na época não conseguiam reduzir as emissões aos limites estabelecidos

por essa lei. Essa classe de queimadores pode incorporar mais de uma técnica de redução de

emissões, como a própria recirculação interna do fluxo de gás e a injeção de vapor. Eles são

projetados para recircular calor e reduzir o fluxo de gás da chama ou da fornalha na zona de

combustão, o que provoca uma redução na concentração de oxigênio sem que a temperatura da

chama seja reduzida a um nível abaixo da temperatura ótima para uma combustão eficiente. Isso

é conseguido através da criação de um efeito venturi, provocado pela injeção de gás combustível

através dos queimadores primários e secundários e da injeção de vapor (EPA, 1993).

Ao se reduzir a concentração de oxigênio na chama, tem-se que a produção de NOx combustível

é largamente impactada, o que vem a indicar que a recirculação interna dos gases é uma técnica

indicada para fornos que queimam combustíveis com nitrogênio em sua composição. Isto é

especialmente verdadeiro quando combinado com a combustão estagiada como, por exemplo,

nos queimadores MNC da John Zink e Transjet da Hague International.

Os queimadores de ultra-baixo NOx ( ULNBs ) são capazes de alcançar níveis de emissão de

NOx mais baixos que os queimadores de baixo NOx ( LNBs ). Níveis de emissões para NOx

reportados por uma refinaria utilizando queimadores de ultra-baixo NOx, variam na faixa de

0,050 a 0,031 lb/MMBtu. Emissões de NOx controladas em 0,025 lb/MMBtu vêm sendo

reportadas pelo modelo de queimador ULNx do fabricante Selas. Este nível de emissão é

reportado para a queima de gás natural em uma câmara de combustão a temperatura de 1250oC(

2.280 oF). Em um forno queimando gás de refinaria usado em um queimador de combustão

estagiada e com ré-circulação interna de gás de combustão é previsto um nível de emissão de

72

NOx de 55 ppmv a 3 % de O2 nos gases de combustão ( 0,066 lb/MMBtu ) a 273 oC ( 524 oF ).

Operando sob diferente condições de câmara de combustão que o queimador da Exxon, os

queimadores NDR da John Zink para fornos com tiragem natural foram projetados para atender a

Lei 1109 de emissões nos EUA ( SCAQMD ) ( 0,03 lb/MMBtu ou de 25 a 28 ppmv dependendo

da composição do combustível ). Reduções adicionais de 5 a 10 ppmv são possíveis de ser

alcançadas com injeção de aproximadamente 0,12 lb de vapor de água por libra de combustível.

(EPA, 1993; WAIBEL, 1997). A Figura 3.2.3.6 a seguir exibe um esquema de um queimador

INFURNOX que combina o estagiamento de combustível com a recirculação dos gases de

combustão.

Figura 3.2.3.6 – esquema de um queimador INFURNOX (adaptado WAIBEL, 1997)

i) Combustão catalítica:

O sistema XONON é uma tecnologia mais limpa aplicada à combustão em turbinas a gás a qual

utiliza um catalisador integrado dentro do combustor para limitar a temperatura da reação a um

nível abaixo do qual se dá a formação de NOx, o que também proporciona a baixa formação de

COVs e CO. A interação do ar com o combustível se dá em uma superfície catalítica, na qual se

realiza a combustão parcial, que será completada à jusante do catalisador, em uma combustão

sem chama. Parte do combustível é inserida em um queimador que realiza uma pré-queima, de

forma que aumente a compressão do ar. Atinge-se nesta tecnologia emissões de 3ppm de NOx e

10ppm para hidrocarbonetos e CO, segundo os fabricantes (XAVIER, 2004; ARB, 2004). Nas

Figura 3.2.3.7 e 3.2.3.8 é mostrado o esquema de aplicação da tecnologia XONON.

73

Figura3.2.3.7 – Esquema de um sistema de combustão fria XONON (adaptado ARB, 2004).

3.2.4. Boas Práticas Operacionais

A Produção Mais Limpa trabalha prioritariamente com a redução de resíduos e emissões na

fonte, através da modificação no processo ou no produto. As modificações no processo se dão

através da adoção dos seguintes procedimentos:

Adoção de boas práticas (housekeeping): em geral, consistem em medidas de um certo grau de

facilidade de implantação na empresa, podendo, porém, incluir mudanças no nível

organizacional da mesma. Constituem-se em alterações simples no processo ou matéria-prima,

abrangendo, inclusive, treinamento e motivação de pessoal, alteração na concentração ou

dosagem de produtos, reorganização do sistema de manutenção preventiva e corretiva, evitar

perdas por evaporação, dentre outras. Neste grupo inclui-se, no caso específico das reduções de

emissões de NOx nos processos de combustão, o programa de manutenção e operação

adequados, já descrito anteriormente (KIPERSTOK et al, 2002).

Os processos de combustão ocorrem em caldeiras e em fornos e é de extrema importância que

esses equipamentos tenham um programa de manutenção e operação adequados para que se

evitem perdas de energia. Sendo assim, deve-se ter em prática na empresa rotinas para:

• Verificação da composição dos gases da combustão, principalmente com a contínua

monitoração de oxigênio;

• Temperatura dos combustíveis líquidos;

• Limpeza dos resíduos de combustão de líquidos das superfícies de troca térmica;

• Reparo de eventuais avarias no isolamento térmico;

• Reparo de eventuais vazamentos de gases de combustão ou infiltrações de ar;

74

• Avaliação da eficiência dos sistemas de recuperação de calor

(pré-aquecimento de ar e/ou água e geração ou super-aquecimento de vapor)

(KIPERSTOK et al, 2002).

3.3 CONTROLE DE FIM DE TUBO de NOx

A última técnica de redução de NOx a ser considerada é a de pós-tratamento, ou seja, a utilização

de técnicas de fim de tubo, as quais realizam o abatimento do NOx após a sua formação. As

técnicas de pós-tratamento mais utilizadas são as de redução seletiva catalítica (RCS) e a de

redução seletiva não catalítica (RCNS). Outras técnicas utilizadas incluem oxidação-absorção,

oxidação-absorção-redução, absorção-oxidação e absorção-redução, além das metodologias de

leito em carvão ativado, transmissão de reação de elétron e reação com hidrocarbonetos. Muitas

dessas técnicas são simples para serem implantadas em processos já existentes, porém já outras

são sofisticadas e de difícil operação (BAUKAL, 2001).

Um aspecto muito importante para ser levado em consideração ao se escolher um método de

redução das emissões de NOx é que as técnicas de fim de tubo não trazem benefício para o

aumento da eficiência energética do processo de combustão. Contudo, estas técnicas podem ser

usadas de forma conjunta com tecnologias de redução na fonte, visando atender aos requisitos

legais mais restritivos de baixa emissão de NOx, como ocorre no estado da Califórnia nos EUA

com a South Coast Air Quality Management District, a qual possui um dos limites mais

restritivos de emissão de NOx no mundo (BAUKAL, 2001; GARG, 1992).

3.3.1 Redução Catalítica Seletiva

É uma técnica de tratamento dos gases efluentes dos processos de combustão que consiste em

injetar amônia a montante de uma secção catalítica montada no sistema de combustão, através de

um distribuidor especial localizado em contra-corrente ao leito catalítico de um reator, utilizando

vapor ou ar pressurizado de forma que o reagente seja distribuído uniformemente e está baseado

na preferencial seletividade redutora do NH3 pelo NOx. Óxidos de nitrogênio, NH3 e O2 reagem

em uma superfície catalítica, formando N2 e H2O, através das seguintes reações:

4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O (3.3.1.1)

4NH3 + 2NO2 + O2 → 3N2 + 6H2O (3.3.1.2)

75

Para operação eficiente do sistema é necessário que os gases exaustos tenham um excesso

mínimo de O2 e a temperatura esteja na faixa típica de 230 a 450oC. Porém, a faixa de

temperatura ideal é função do tipo de catalisador empregado no sistema, que geralmente um é

metal nobre, incluindo bases metálicas de vanádio, como o pentóxido de vanádio(V2O5), o

dióxido de titânio (TiO2), além do trióxido de tungstênio (WO3) e o trióxido de molibidênio

(MoO3), ou materiais cerâmicos tipo zeolita. Assim sendo, o tipo de catalisador e a sua

configuração são muito importantes na aplicação desta técnica, uma vez que as reações ocorrem

em sua superfície. O projeto das secções catalíticas resulta em configurações típicas de placas

paralelas e colméias para maximizar a superfície catalítica no menor volume possível. Alguns

sistemas SCR são combinados para remoção simultânea de monóxido de carbono (CO). A

secção catalítica é tipicamente extensa e densa devido a necessidade de altas velocidades para os

gases de combustão e elevado tempo de residência para promoção da reação entre NOx , O2 e

NH3 (BAUKAL, 2001; EPA, 1993; GARG, 1992). As Figura 3.3.1.1 e Figura 3.3.1.2 ilustram

uma coluna de redução catalítica seletiva, com cortes que mostram o leito catalítico e a estrutura

dos catalisadores tipo colméia e pratos-paralelos.

Figura 3.3.1 - Coluna RCS (adaptado DOMINION)

76

A faixa de temperatura utilizada, que depende do catalisador, atinge um nível ótimo de NOx num

dado intervalo de temperatura acima do qual atividade catalítica é severamente reduzida,

provocando a perda de amônia que não reagiu e acima de 450ºC a amônia começa a se oxidar

para formar NOx. Assim sendo, a eficiência de um sistema de redução catalítica seletiva depende

de: a) do tipo de catalisador; b) da área de exposição do catalisador aos gases; c) do tempo de

residência dos gases no leito catalítico, que está relacionado ao fluxo de gás e ao volume de

catalisador; d) da quantidade de amônia injetada, que deve ser controlada para uma proporção

molar de NH3: NOx 1:1 para se alcançar uma melhor redução; e) da intensidade de mistura entre

os gases de combustão e a amônia injetada e f) da quantidade de enxofre presente no

combustível, uma vez que o SO2 provoca o envenenamento do catalisador e a conversão de SO2

a SO3 a formação de bissulfato de amônia, que se deposita na superfície do catalisador a

temperaturas abaixo de 270ºC. Por ser uma substância pegajosa e viscosa, esse bissulfato pode

obstruir o fluxo e danificar as superfícies de aquecimento. Essas reações estão demonstradas a

seguir (EPA, 1993; CARVALHO JR. & LACAVA, 2002; SIDDIQI & TENINI, 1981;

BAUKAL, 2001; LORA, 2002).

SO3 + 2NH3 + H2O → (NH4)2SO4 (sulfato de amônia seco) (3.3.1.3)

SO3 + NH3 + H2O → NH4HSO4

É uma técnica de tratamento semelhante à anteriormente citada, baseada nos mesmos princípios

e reações químicas, diferenciando-se apenas por não fazer uso de catalisadores. Em virtude

disso, as temperaturas dos gases efluentes nas quais os reagentes são injetados devem ser bem

(bissulfato de amônia) (3.3.1.4)

Esta técnica não pode ser utilizada em todos os tipos de processos de combustão, uma vez que

ela requer um restrito controle do tempo de residência e da temperatura dos gases na qual a

amônia é injetada. Além disso, mostra-se ser um método muito caro, pois os catalisadores têm

que ser repostos, muitas vezes provocando parada de produção, além dos custos e espaço

requerido para se implantar esta técnica, que exige, além de outros equipamentos, o reator de

leito catalítico, o injetor de amônia e a sua unidade de armazenamento (GARG, 1992).

Apesar de ser uma técnica cara e possuir algumas dificuldades de operação, é a que apresenta o

maior potencial de remoção de NOx, atingindo até níveis de 90% de remoção, a depender da

tecnologia aplicada (EPA, 1993).

3.3.2 Redução Seletiva Não Catalítica (RSNC)

77

mais altas do que as usadas na redução catalítica seletiva, em torno de 870ºC a 1.200ºC, porém

alguns produtos químicos como hidrogênio, peróxido de hidrogênio e metanol podem ser

adicionados para baixar o limiar da temperatura, como, por exemplo, no caso da adição de

hidrogênio numa proporção H2/NH3 = 2/1 no qual se pode ter a redução de NOx operando com

uma temperatura de 697ºC (BAUKAL, 2001; LORA, 2002).

Figura 3.3.2 – Esquema de uma RSNC (adaptado BAUKAL, WAIBEL & WEBSTER, 2006)

Um fator muito importante para a utilização desta técnica é a faixa de temperatura em que devem

estar os gases exaustos, que deve ser em torno de 871,11ºC para a amônia e 107,56ºC para a

uréia. A partir daí, com o aumento da temperatura, a amônia passará a reagir mais com o

oxigênio do que com o NO, formando ainda mais NOx. Em contrapartida, se a temperatura

estiver abaixo da faixa ideal, haverá uma redução na quantidade das reações e uma conseqüente

redução no controle de NOx e um aumento do NH3 que não reagiu através dos efluentes (EPA,

1993).

Esta técnica apresenta problemas semelhantes ao da RCS, com a vantagem de não possuir custos

com catalisadores, porém apresenta uma maior perda de NH3 uma vez que opera com uma maior

razão de injeção, em torno de 1,5:1,0 a 2,0:1,0 de NH3

Existem alguns fatores importantes que devem ser observados ao se adotar esta técnica, que são:

a característica do sistema de combustão e do combustível, pois esta técnica ainda não foi

utilizada, por exemplo, em caldeiras que utilizam carvão mineral como combustível; o tempo de

residência na zona ótima de temperatura do gás, que deve ser em torno de 0,2 a 0,3s; o ponto

ótimo de injeção da amônia, uma vez que deve ser levado em consideração o perfil da

temperatura naquele ponto, de forma que sejam avaliadas mudanças significativas da

temperatura dos gases naquele ponto em função de alterações na carga; a relação de NH

:NO, além de atingir níveis inferiores de

remoção de NOx, em torno de aproximadamente 70% (SIDDIQI & TENINI, 1981).

3/NO,

78

que deve ser de 1,5 para concentrações iniciais de 200ppm de NO, sendo que, para valores

maiores, essa relação cai até 1 (LORA, 2002).

É uma técnica que pode ser utilizada em combinação com o uso de queimadores de baixo NOx,

porém essa combinação deve ser cautelosamente avaliada, pois a eficiência da RCNS depende da

concentração de NOx no fluxo gasoso e pode ocorrer que a combinação dessas duas técnicas

para um dado forno não seja muito vantajosa (EPA, 1993).

3.3.3 Remoção Simultânea de NOx e SO2:

As duas técnicas acima descritas apresentam problemas com a presença de enxofre no

combustível, uma vez que ele provoca o envenenamento do catalisador e dessa forma antes

dessas técnicas serem utilizadas deve ser feita a prévia remoção do SO2, pois a maioria dos gases

efluentes resultantes da combustão de combustíveis fósseis contêm tanto SO2 como NOx. Para

se remover tanto o SO2 como o NOx separadamente, elevados custos de investimento são

necessários. Em virtude disso, estudos nessa área vêm sendo realizados com o objetivo de

remover esses dois poluentes simultaneamente, de uma forma compatível com a escala

comercial. Assim sendo, discutiremos em seguida alguns estudos nessa área.

Mok e Lee (2006) realizaram um estudo para remoção simultânea de NOx e SO2. Por ser o NOx

dos gases exaustos basicamente composto por NO, que é pouco solúvel em água, ao contrário do

NO2, primeiramente injeta-se ozônio para provocar a oxidação do NO a NO2, através da

seguinte reação:

NO + O3 → NO2 + O2 (3.3.3.1)

Em seguida, os gases são introduzidos em um absorvedor contendo solução aquosa de sulfeto de

sódio em conjunto com uma solução de hidróxido de sódio, para se evitar a formação de H2S,

promovendo-se a mistura através de um agitador eletrostático.

As principais reações são as seguintes:

2NO2 + Na2S → N2 + Na2SO4 (3.3.3.2)

2SO2 + Na2S → Na2SO4 (3.3.3.3)

Na2S + 2O2 → Na2SO4 (3.3.3.4)

79

Com esse estudo foram atingidos níveis de eficiência de remoção de 95% para o NOx e 100%

para o SO2. O problema maior é que cerca de 75% do Na2S foi consumido sem reagir com o

NOx ou SO2 em virtude da presença de oxigênio, o qual reage com o sulfeto de sódio, formando

o sulfato de sódio, conforme reação acima descrita.

Outras técnicas de pós-combustão foram desenvolvidas para turbinas a gás e atualmente já se

encontram no circuito comercial, destacando-se entre elas o sistema SCONOX que foi

desenvolvido tanto para abater as emissões de CO como de NOx e com a vantagem de não

utilizar amônia.

3.3.4 Tecnologia SCONOX:

A tecnologia SCONOX foi desenvolvida para turbinas a gás natural e fundamenta-se na união

das tecnologias de absorção e oxidação catalítica. É uma tecnologia de controle multi-poluente,

uma vez que é capaz de reduzir as emissões de NOx, CO e VOC. Através da oxidação catalítica,

o óxido nítrico e o monóxido de carbono são oxidados a NO2 e CO2 e os hidrocarbonetos são

oxidados a CO2 e água. A partir daí, o NO2 é adsorvido pela superfície do catalisador SCONOX,

que é revestido com K2CO3. O NO2 reage com o carbonato de potássio, formando nitritos e

nitratos de potássio, que são depositados na superfície do catalisador. Nessa tecnologia, atingem-

se emissões de 1ppm de CO e 3ppm de NOx, segundo informações dos fabricantes, embora os

dados existentes ainda não sejam suficientes para essa comprovação. As reações envolvidas na

remoção dos poluentes são as seguintes:

NO + 1/2O2 → NO2 (3.3.4.1)

CO + 1/2O2 → CO2 (3.3.4.2)

CH2O + O2 → CO2 + H2O (3.3.4.3)

2NO2 + K2CO3 → CO2 + KNO2 + KNO3

Nesse sistema a faixa de temperatura ideal está entre 150-370ºC. Quando ocorre a saturação da

superfície do catalisador, ele é regenerado fazendo-se passar uma corrente de H

(3.3.4.4)

2 através da sua

superfície, na ausência de oxigênio e, dessa forma, o hidrogênio reage com os nitritos e nitratos

para formar nitrogênio molecular e água. Semelhantemente, o dióxido de carbono reage com os

nitritos e nitratos formando carbonato de potássio, que é absorvido pela superfície do catalisador

80

(XAVIER, 2004; ARB, 2004). Assim sendo, o catalisador é regenerado através da seguinte

reação:

KNO2 + KNO3 + 4H2 + CO2 → K2CO3 + 4H2O(g) + N2 (3.3.4.5)

Fig. 3.3.4 – Seção de um sistema SCONOX (adaptado ARB, 2004)

3.4 COMENTÁRIO DAS TECNOLOGIAS

Dentre as técnicas de controle de emissão de óxidos de nitrogênio, tem-se nos queimadores de

baixa emissão uma das técnicas preferidas na atualidade, por ser técnica e economicamente mais

viável em comparação com outras, como, por exemplo, a recirculação de gases. Para a

implantação, considerando-se os custos inerentes a cada técnica, apesar do alto custo dos

queimadores, ainda possui um custo razoável para implantação, além de não requerer nenhum

espaço adicional na planta nem tampouco custo adicional de operação, como em outras técnicas.

É uma técnica bastante promissora, uma vez que os fabricantes cada dia mais têm aperfeiçoado

os seus produtos.

Também não se pode deixar de levar em consideração a importância das técnicas de fim de tubo,

como a Redução Catalítica Seletiva e a Redução Seletiva não Catalítica. São técnicas que

possuem elevados custos de implantação, que correspondem aos custos de implantação de uma

planta que possui, inclusive, armazenamento de amônia, além de um alto custo operacional,

porém ainda são usadas por apresentarem alta eficiência de remoção de NOx.

81

Para o caso de turbinas a gás, duas técnicas despontam como sendo bastante promissoras, por

apresentarem um nível de redução de emissões bastante elevado, que são as tecnologias XONON

e SCONOX, que já possuem alguns casos de aplicação nos Estados Unidos, especialmente no

estado da Califórnia, porém ainda não há relatos de sua utilização no Brasil.

82

4. METODOLOGIA

A seguir, será apresentada a metodologia do trabalho, separada para cada objetivo específico.

4.1 DIAGNÓSTICO DA SITUAÇÃO ATUAL DE EMISSÃO DE NOx no PÓLO DE

CAMAÇARI NO PERÍODO de 2002 a 2006.

A partir da consulta de relatórios da rede de monitoramento do ar do Pólo de Camaçari, foram

analisados os resultados de concentração de NOx no período de 2002 a 2006, visando identificar

os períodos nos quais o padrão de qualidade do ar foi excedido e relacionando-os com possíveis

comportamentos da atmosfera.

Desde maio de 1994 que a CETREL opera a Rede de Monitoramento do AR - RMA do Pólo de

Camaçari e a partir dos dados coletados nessa rede tem sido elaborado anualmente um relatório

com os aspectos climatológicos e os parâmetros da qualidade do ar medidos no ano anterior.

A rede é composta atualmente por dez estações de monitoramento do ar. A saber: Câmara e

Gravatá, que estão localizadas dentro da área urbana de Camaçari; Lamarão e Sítio, em Lamarão

do Passé; Escola, localizada em Nova Dias D’Ávila, Machadinho, situada no Vilarejo de

Machadinho, na Estrada de Cascalheira; Leandrinho; Concórdia, em Dias D’Ávila, Millenium –

atualmente com o nome de Areias(relocada para o Vilarejo de Areias em 04/05/2005, na Estrada

do Coco) e Cobre, na Estação Elevatória do Cobre, no Pólo, conforme a figura 4.1.

83

Figura 4.1 - Distribuição geográfica das estações de monitoramento do ar (CETREL, 2005)

Essas estações são responsáveis pela medição dos seguintes parâmetros meteorológicos: pressão,

temperatura, umidade relativa, radiação solar, precipitação e intensidade e direção do vento e

também fazem previsões meteorológicas visando a antecipação de informações às empresas

sobre condições climáticas desfavoráveis à dispersão atmosférica. Os poluentes que são

monitorados por esta rede são: dióxido de enxofre(SO2), monóxido de carbono(CO), dióxido de

nitrogênio(NO2), ozônio(O3), material particulado inalável(PI), compostos reduzidos de

enxofre(TRS), amônia(NH3), compostos orgânicos voláteis(VOCs), hidrocarbonetos(HC) não

metálicos e metais. A disponibilização desses dados é feita on line e em tempo real, haja vista

que a RMA está interligada por um sistema de telemetria. A figura 4.2 mostra uma dessas

estações de monitoramento do ar.

Figura 4.2 - Estação de monitoramento do ar (COFIC)

Os parâmetros meteorológicos medidos nas estações de monitoramento que compõem a RMA do

Pólo são bastante importantes, pois servem como indicadores de possíveis influências do

comportamento da atmosfera sobre a qualidade do ar nessa região, uma vez que eles vão

influenciar a dispersão dos poluentes que são lançados na atmosfera.

84

A importância da mensuração da pressão reside no fato de que o aumento da mesma provoca

uma redução na altura da camada de mistura da atmosfera e também da sua convecção, uma vez

que o movimento vertical do ar decorre das alternâncias de densidade na atmosfera. O ar

aquecido das fontes poluidoras no solo é menos denso do que o ar frio e assim sendo, ele se

eleva devido à força de empuxo que atua sobre esse volume de ar quente, a que se denomina de

pacote. Ou seja, o ar quente emanado pelas fontes poluidoras é empurrado para cima pelo ar do

local no qual ele está imerso, uma vez que a pressão nas alturas inferiores é maior do que nas

superiores. Dessa forma, conclui-se que o aumento da pressão provoca uma redução na

capacidade de dispersão dos poluentes na atmosfera, o que representa um efeito negativo para a

qualidade do ar (HINRICHS & KLEINBACH, 2003; SEWELL, 1978, apud SANTOS, 2004, p.

26; CETREL, 2005).

A variação da temperatura na troposfera à medida que se aumenta a altitude desempenha um

papel importante na dispersão dos poluentes, pois esse gradiente de temperatura permite que eles

se elevem, se expandam e conseqüentemente se diluam, para que dessa forma possam se

espalhar até que sejam removidos por precipitação, lavagem e reações químicas. Temperaturas

mais baixas são desfavoráveis à dispersão atmosférica, uma vez que reduzem a altura da camada

limite e dessa forma dificultam a mistura por turbulência, uma vez que o ar frio e mais denso

impede a elevação dos gases poluentes e a conseqüente dispersão em camadas mais elevadas da

atmosfera, resultando, dessa forma, numa maior concentração de poluentes na região.

(SEWELL, 1978, apud SANTOS, 2004, p. 26; CETREL, 2005).

O valor da medição da direção e da intensidade dos ventos reside no fato do vento ser o veículo

pelo qual os poluentes são conduzidos antes de serem absorvidos por um corpo receptor,

podendo até viajar por grandes distâncias até que tal fato ocorra. Quanto maior for a intensidade,

melhor será a dispersão, pois dessa forma proporciona-se uma dispersão através de uma maior

área. (HINRICHS & KLEINBACH, 2003).

Com relação à radiação solar, a importância da sua mensuração se deve ao fato de que ela

desencadeia uma série de reações químicas com poluentes primários na atmosfera, como por

exemplo, o smog fotoquímico, que tem início a partir da dissociação do NO2 em NO e oxigênio

livre. Dessa forma, picos de ozônio troposférico ocorrem geralmente nas épocas mais quentes do

ano e o smog fotoquímico varia a sua concentração no decorrer do dia, devido à importância da

energia solar radiante para as reações que o desencadeia, atingindo seus pontos máximos por

volta do meio dia e diminuindo ao entardecer, à medida que os comprimentos de onda da luz

85

solar são filtrados pela atmosfera (HINRICHS & KLEINBACH, 2003). O gráfico da figura 4.4

ilustra a variação das concentrações de NOx no decorrer do dia na Bacia de Los Angeles, como

forma demonstrativa da sua dependência da radiação solar.

Figura 4.3 – variação de NOx e O3 no decorrer do dia na Bacia de Los Angeles (HINRICHS &

KLEINBACH, 2003)

A respeito da precipitação, tem-se que ela é um importante parâmetro meteorológico no

monitoramento da qualidade do ar, uma vez que ela promove a remoção de poluentes contidos

na atmosfera pela lavagem ou absorção dos gases na água, ou deposição úmida, através da qual

os poluentes reagem com a água da chuva ou simplesmente são arrastados fisicamente, como é o

caso do material particulado, sendo dessa forma um parâmetro que atua positivamente na

qualidade do ar (HINRICHS & KLEINBACH, 2003).

A análise foi realizada a partir do ano de 2002, que foi um ano importante para o monitoramento

da qualidade do ar da região, pois foi implantado no final desse ano um sistema de previsão das

condições atmosféricas com até três dias de antecedência. Assim, é possível antever os períodos

mais críticos para a qualidade do ar na região. Anteriormente, em nove de julho desse mesmo

ano, entrou em operação a estação situada em Leandrinho, no município de Dias D’Ávila,

implantada em conseqüência da sua necessidade detectada através dos estudos efetuados para

avaliação da RMA, passando, assim, a rede a compor-se de um total de nove estações de

monitoramento, com a configuração caracterizada na tabela 4.1.

86

Tabela 4.1 – Localização das estações de monitoramento em 2002 (CETREL, 2003)

O NOx é mensurado pelo método da quimiluminescência, conforme determina a Resolução

CONAMA 03/90, que se baseia na reação entre NO e O3. A análise por quimiluminescência é

largamente utilizada para monitoramento contínuo da concentração de NO2 na atmosfera e é

baseada na radiação fluorescente emitida quando da formação de NO2 a partir da reação entre

NO e O3 – que produz uma molécula de NO2 com um certo nível de excitação. Quando a

molécula de NO2 formada retorna ao estado estável de energia, uma radiação fluorescente é

emitida e a intensidade da radiação emitida é proporcional a concentração de NO.

NO + O3 → NO2*

+ O2 (4.1)

NO2*

→ NO2 + hv (4.2)

Onde hv representa a radiação emitida.

É importante notar que a análise por quimiluminescência não mede diretamente a concentração

de NO2. Isto é conseguido pela redução do NO2 presente na amostra do ar ambiente em NO ( em

um conversor de NO2 para NO ) – que dá a concentração total de NOx e então, subtraindo a

concentração de NO temos a concentração de NO2 :

NO2

É necessário, no entanto, que o analisador faça duas medições independentes de NO e NOx (

NO + NO

= NOx – NO

2 ). Dentre alguns tipos de analisadores, isto é conseguido com uma configuração de

dupla câmara que mede NOx e NO simultaneamente em câmaras de reações individuais. Alguns

instrumentos de dupla câmara têm dois detectores e outros modelos têm apenas um detector. A

figura a seguir mostra um analisador de NOx (ANNOx, 2007; CAI, 2007).

87

Figura 4.4 – Analisador de NO2

Também se passou a utilizar nesse ano o IQAr – Índice de Qualidade do Ar, baseado no AQI –

Ar Quality Index, publicado pela EPA-454/R-99-010, de 1999, que é um valor adimensional que

possibilita comparações com os limites legais de concentração, ou seja, com os padrões de

(ANNOx)

Uma vez que o NOx é um poluente primário precursor de um outro poluente secundário, o

ozônio, também foram analisadas as concentrações do ozônio nesse mesmo período no presente

trabalho.

Vale salientar que os Compostos Orgânicos Voláteis - VOCs, juntamente com o NOx, também

são precursores do ozônio. Também é importante evidenciar que esses poluentes não são

medidos continuamente e apenas periodicamente em alguns pontos determinados na AIP. No

decorrer do ano de 2002, em cada mês foram realizadas duas campanhas de coleta de amostras

em seis pontos localizados na área de influência do Pólo Industrial de Camaçari, localizados nas

estações Câmara, Lamarão, Gravatá, Cobre, Escola e num outro ponto dentro do complexo

industrial, em frente a White Martins, totalizando 136 amostras destinadas à análise de VOCs

nesse ano. Essas amostras foram coletadas vinte e quatro horas por dia, sendo o seu resultado a

concentração média para vinte e quatro horas. Foram monitorados 39 compostos orgânicos

voláteis pelo método TO-14 da EPA, via cromatografia gasosa e detector de massa, tendo sido

realizada a coleta das amostras em recipientes de aço inox passivados, que são denominados

Summa Canisters, os quais possuem orifício crítico para o controle da vazão do ar aspirado. As

amostras são analisadas utilizando-se um trap criogênico como interface entre as canisters e o

cromatógrafo (CETREL, 2003).

No ano de 2003 a configuração da rede manteve-se idêntica a do ano anterior. Com relação aos

VOCs, semelhantemente ao ano anterior, este poluente foi medido através de duas campanhas

mensais de coleta de amostras, totalizando 118 amostras no decorrer do ano, nos mesmos pontos

de coleta de 2002, sendo que as amostras coletadas em setembro não puderam ser analisadas em

virtude de problemas técnicos no laboratório de cromatografia.

88

qualidade do ar, que no nosso caso são os estabelecidos na Resolução CONAMA Nº 03/90.

Obtém-se esse indicie através de uma equação linear segmentada que faz a associação entre a

concentração medida de um determinado poluente com os níveis de impactos dessa concentração

na saúde humana, que estão relacionados aos padrões de qualidade do ar. Cada variação de

inclinação dessa função representa uma mudança na qualidade do ar, de acordo com a tabela 4.2.

No Brasil, esse índice foi adaptado e é utilizado pela CETESB. De acordo com o IQR, a

qualidade do ar só é considerada boa se a concentração dos poluentes for inferior à metade dos

limites máximos permitidos na Resolução CONAMA 03/90 para o CO e o O3 e aos padrões

anuais estabelecidos nessa mesma resolução para o caso do MP, SO2 e NO2 (CETREL, 2005).

Caso contrário, esta classificação pode variar de regular à crítica, conforme a 4.2.

Tabela 4.2 – Padrões e classificação da qualidade do ar (CETREL, 2004)

Para o ano de 2004, é importante comentar que esse ano foi de avanços na RMA, por terem sido

realizadas melhorias referentes à ampliação e modernização da rede, com implantação de mais

três estações meteorológicas, novos analisadores contínuos de poluentes atmosféricos, relocação

de estações, dentre outros. Para o caso específico do NOx, o ano foi de grandes ganhos no seu

monitoramento, uma vez que passou a ser mensurado em sete estações, ao invés de quatro como

anteriormente, conforme demonstrado na tabela 4.3 (CETREL, 2005).

89

Tabela 4.3 – Parâmetros meteorológicos e poluentes monitorados por estação na nova configuração da RMA

Estação Parâmetro meteorológico monitorado

Poluentes monitorados

Câmara Direção e velocidade do vento SO2, NOx, O3, PM10-manual Gravatá Direção, velocidade do vento

e precipitação SO2, TRS, HC, CO, NOx, NH3, PM10-contínuo, VOCs-canister

Cobre SO2 Sítio SO2 Lamarão Direção e velocidade do

vento, precipitação, radiação solar, temperatura e umidade relativa

SO2, NOx, O3, PM10-manual

Concórdia Direção e velocidade do vento SO2, TRS, PM10-contínuo, VOCs-canister, NOx, NH3, CO

Escola Direção e velocidade do vento, temperatura e umidade relativa

SO2, TRS, NOx, O3, VOCs-canister

Machadinho Direção, velocidade do vento, temperatura, radiação solar, pressão e umidade relativa

SO2, CO, NOx, O3, PM10-manual, VOCs-canister

Leandrinho Direção e velocidade do vento SO2, TRS, HC, CO, NOx, NH3, PM10-contínuo, VOCs-canister

Areias Direção e velocidade do vento, precipitação, radiação solar, temperatura e umidade relativa

SO2

Ao se analisar os resultados das concentrações de VOCs no ano de 2004 na AIP, deve-se

destacar que, semelhantemente aos anos anteriores, este poluente foi medido através de duas

campanhas mensais de coleta de amostras, totalizando 128 amostras no decorrer do ano. Em

virtude da mudança da configuração da rede ocorrida nesse ano, os pontos de coleta localizados

no Pólo e Estação Cobre foram substituídos pelos pontos localizados nas estações Machadinho e

Concórdia. Também em virtude dessa mudança, as campanhas do mês de abril não foram

realizadas. Além disso, as estações Escola, Câmara e Leandrinho também foram

temporariamente desativadas e em virtude disso não houve amostragem na estação Escola nas

duas campanhas do mês de março, que ocorreram nos dias 11 e 23 e na campanha do dia 23 nas

Estações Câmara e Leandrinho.

O anos de 2005 e 2006 não apresentaram mudanças na configuração da rede de monitoramento e

tampouco na metodologia de coleta de amostras.

90

4.2 TECNOLOGIAS DE PREVENÇÃO E CONTROLE DE EMISSÃO DE NOx (JÁ

EMPREGADAS NO BRASIL E NO MUNDO)

Procurou-se fazer um levantamento de tecnologias existentes hoje no mercado que são utilizadas

para a redução das emissões de NOx nos processos de combustão, principalmente as de redução

na fonte. Muitas delas podem explicitar ações viáveis de produção mais limpa a serem

empregadas em empresas dos setores de química, petroquímica, petróleo e energia instaladas no

Estado da Bahia - notadamente na região do Pólo de Camaçari, haja vista que as tecnologias

mais limpas são utilizadas atualmente como ferramentas que possibilitam a resolução de

problemas ambientais, tendo como princípios a proteção e a conservação do ambiente natural,

através da prevenção ao desperdício dos recursos naturais e à degradação ambiental,

ambicionando o desenvolvimento sustentável. Foi realizada revisão da literatura das tecnologias

mais recentes de controle de NOx nos bancos de dados Compendex, EPA, Concawe, sites de

empresas fornecedoras de tecnologias, dentre outros. Também foram realizados contatos com

fornecedores de tecnologias, como Hamworth e John Zink de queimadores de baixa emissão de

NOx e de controle de fim de tubo para redução de emissões na saída das chaminés.

4.3 ANÁLISE CRÍTICA DAS PERSPECTIVAS DE REDUÇÃO DAS EMISSÕES A PARTIR

DO TRATAMENTO DOS COMBUSTÍVEIS NA FONTE E NO CONTROLE DOS

PROCESSOS DE COMBUSTÃO, CONSIDERANDO EXIGÊNCIAS LEGAIS.

A partir das tecnologias de controle de emissões de NOx na fonte e no fim de tubo, foi realizada

uma análise critica da aplicação destas tecnologias no Pólo de Camaçari. Uma análise econômica

preliminar foi realizada visando a adoção de medidas de controle na fonte das emissões de NOx,

através de modernização dos equipamentos de queima existentes, através dos fornecedores de

tecnologia. Dados econômicos foram obtidos com os fornecedores de tecnologias e com roteiros

da EPA. Também foi analisada a legislação pertinente às emissões atmosféricas como forma de

subsidiar sugestões para a elaboração de uma legislação estadual nesta área, de grande

importância para se nortear o controle das emissões de NOx no estado da Bahia.

91

4.4. BASES DE UM PROGRAMA DE PREVENÇÃO DE EMISSÃO DE NOx PARA

PROCESSOS DE COMBUSTÃO, VISANDO SUBSIDIAR OS PROCESSOS DE

LICENCIAMENTO AMBIENTAL E ELABORAÇÃO DE NORMA DE

REGULAMENTAÇÃO EM NÍVEL ESTADUAL.

A proposição para as bases de um Programa de Prevenção de emissão de NOx para processos de

combustão foi fundamentada no Programa de Prevenção da Poluição da Agência Ambiental do

Canadá, no Manual para Implementação de um Programa de Prevenção à Poluição da CETESB e

no livro de Implementação de Programas de Produção Mais Limpa do Centro Nacional de

Tecnologias Limpas SENAI/RS. Também foi analisada a legislação nacional relacionada a esse

assunto e a dos estados da federação que possuem uma lei mais avançada referente às emissões

atmosféricas.

92

5. RESULTADOS

5.1. DIAGNÓSTICO DA SITUAÇÃO ATUAL DE EMISSÃO DE NOx NO PÓLO de

CAMAÇARI, NOS ÚLTIMOS CINCO ANOS.

Para o caso específico do NOx, o relatório da rede de monitoramento do ar de 2002 apontou um

aumento nas concentrações desse poluente em relação ao ano anterior, demonstrando uma nítida

evidência crescente das concentrações do NOx, se comparada com os quatro anos anteriores. O

NOx só foi monitorado em quatro estações, conforme mostrado na tabela 5.1. Nas estações nas

quais esse poluente foi monitorado, observou-se em todas elas valores mais elevados em quase

todos os meses do referido ano, em relação aos anos anteriores, estando acima da média dos anos

anteriores e ainda apresentando alguns picos como, por exemplo, a média do mês de setembro na

Estação Hospital. As estações Escola e Hospital foram as que apresentaram as maiores

concentrações máximas horárias, apesar de nenhuma delas ter excedido o valor padrão de

170ppb a que se refere a Resolução CONAMA 03/90, haja vista que o valor máximo detectado

nas estações no decorrer do ano aconteceu na Estação Hospital, na qual detectou-se o valor de

98,7ppb, conforme mostram as Figuras 5.1 e 5.2.

Tabela 5.1.1 - Poluentes monitorados nas estações da RMA (CETREL, 2003) Estação Poluentes monitorados

Câmara SO2, NOx, CO, MP, Metais e Orgânicos Gravatá SO2, TRS e Orgânicos Cobre SO2, O3, MP, Metais e Orgânicos Sítio SO2 Lamarão SO2, NOx, O3, MP, Metais e Orgânicos Balneário SO2 Escola SO2, NOx, O3, MP, Metais e Orgânicos Hospital SO2, NOx, O3 e CO Leandrinho SO2

93

Figura 5.1 – Concentrações máximas horárias de NO2 na estação Escola em 2002 (CETREL, 2003)

Figura 5.2 – Concentrações máximas horárias de NO2

Já para o caso específico da Estação Hospital, localizada mais próxima ao litoral, a circulação

dos ventos nessa estação manteve-se em torno da média dos anos anteriores. As concentrações

mais elevadas de NOx foram detectadas nos meses de primavera. Nessa época, há a

predominância dos ventos NE, quando se dá a prevalência da condição de grande escala. Esse

período é marcado pelo pequeno contraste térmico entre o continente e o oceano, de forma que a

circulação da brisa torna-se mais fraca, o que vem a ser um fator desfavorável para a qualidade

do ar da região, uma vez que dificulta a dispersão dos poluentes. O mês de setembro, que foi o

mês no qual houve a maior concentração de NOx nesse ano, é também um dos meses nos quais a

pressão é mais elevada na região, sendo a atmosfera caracterizada por movimentos descendentes,

além da diminuição da camada limite de misturas, fatores esses que vêm prejudicar a dispersão

dos poluentes. Além disso, verificou-se também uma predominância nesse mês das componentes

na estação Hospital em 2002 (CETREL, 2003)

Ao se analisar os dados acima e compará-los com a direção dos ventos nas supracitadas estações,

temos que na Estação Escola os picos de NOx se deram nos meses de outono e inverno, ou seja,

de junho a setembro, quando observa-se uma componente oeste na circulação noturna, que

associada à brisa terrestre são de fraca intensidade, constituindo-se num fator que dificulta a

dispersão dos poluentes.

94

W e SW durante as madrugadas, caracterizando, dessa forma, a prevalência da brisa terrestre.

Caracteriza-se, assim, uma situação bastante desfavorável à dispersão dos poluentes, pois caso

venha a ocorrer elevadas concentrações de poluentes à noite, os poluentes levados pela brisa

terrestre durante a noite podem ser trazidos de volta pela brisa marítima durante o dia, o que

pode ter acontecido nesse mês, explicando dessa forma os picos na concentração desse poluente,

que atingiu o seu valor mais elevado, de 98,7 ppb às 12h do dia vinte de setembro (CETREL,

2003).

Adicionados aos fatores climáticos, também é conveniente citar que fatores operacionais também

podem ter influenciado nesses picos de concentração, como, por exemplo, partidas de planta

após período de manutenção, as quais são comuns no pólo nos meses de setembro e outubro.

Também foi observada com clareza a tendência crescente das concentrações do NOx em relação

aos valores medidos nos anos anteriores, em todas as estações em que ele foi monitorado nesse

ano, conforme ilustrado nas Figuras 5.6 a 5.8. Observa-se que pode-se, inclusive, aproximar

algumas dessas curvas para uma exponencial, como no caso, principalmente, da Estação Escola,

na figura 5.4.

Figura 5.3 – Concentração média anual de NO2 na Estação Câmara (CETREL, 2003)

Figura 5.4 – Concentração média anual de NO2 na Estação Escola (CETREL, 2003)

95

Figura 5.5 - Concentração média anual de NO2 na Estação Hospital (CETREL, 2003)

Figura 5.6 - Concentração média anual de NO2 na Estação Lamarão (CETREL, 2003)

Uma vez que o NOx é um poluente primário precursor de um outro poluente secundário, o

ozônio, também foram analisadas as concentrações do ozônio nesse mesmo período no presente

trabalho.

Pode-se dizer que o panorama da qualidade do ar na região de influência do Pólo Industrial de

Camaçari para o caso específico das concentrações de ozônio na região não foi muito bom, uma

vez que o seu padrão de concentração horário estabelecido pela Resolução CONAMA 03/90, que

é de 81,6ppb, foi ultrapassado nos meses de março, maio e novembro de 2002, respectivamente

quatro, duas e vinte vezes, sendo que os casos relativos ao mês de novembro se deram em três

dias consecutivos, dias 8, 9 e 10, conforme pode ser verificado na tabela 5.2. Pode-se verificar

nas Figuras 5.9 e 5.10, nas duas estações onde esse parâmetro era mensurado na época, que a

radiação solar nos meses de março e novembro apresentaram uma média de radiação elevada, o

que veio a favorecer a formação de ozônio pela reação do NOx com os VOCs. Após comparar os

valores de ozônio com os de NOx acima discutidos, observa-se que os mais elevados valores de

NOx se deram nos meses de setembro e outubro e que em novembro, esse valor caiu

sensivelmente. Esse fato pode indicar que o NOx continuou a ser emitido, porém como a

radiação solar tornou-se mais intensa nesse período, o NOx emitido pode ter sido convertido em

ozônio.

96

Tabela 5.1.2 – Eventos de ultrapassagens de ozônio em 2002 (CETREL, 2003)

Figura 5.7 – comportamento da radiação solar na estação Hospital no período de 1995 a 2002 (CETREL,

2003)

Figura 5.8 – comportamento da radiação solar na estação Lamarão no período de 1995 a 2002 (CETREL,

2003)

Para o caso dos VOCs, as 136 amostras coletadas nas campanhas desse ano destinadas à análise

de VOCs apresentaram os seguintes resultados, conforme demonstrado na tabela 5.3.

97

Tabela 5.1.3 – Resultados das campanhas de monitoramento de COVs na AIP em 2002 (CETREL, 2003)

Através da observação da tabela 5.3, pode-se observar que no mês de maio, quando houve duas

ultrapassagens do padrão de concentração para o ozônio, houve também uma ultrapassagem para

os COVs no dia 20 de maio, quando foram detectados valores de 5,79ppb para o benzeno,

quando o padrão estabelecido pela Resolução CEPRAM 2878/01 é de 5ppb. O outro dia em que

também houve ultrapassagem desse padrão foi o dia 20 de fevereiro, no qual o benzeno atingiu a

concentração de 11,4 ppb.

Vale registrar neste trabalho um evento ocorrido no dia 18 de março desse ano, entre às 14h e

30min e às 18h, no qual registraram-se queixas da população residente em Camaçari, que gerou

inclusive hospitalizações e suspensão de aulas na Escola Artur de Almeida Couto, na qual

98

crianças não passavam bem. Nesse dia, houve uma mudança de direção dos ventos

predominantes, que inverteram a sua direção e passaram a soprar no sentido norte-noroeste,

direção essa que favorece o transporte dos poluentes do Pólo para a cidade de Camaçari. Além

disso, a velocidade desses ventos estava muito baixa, em torno de 0,6m/s, próxima à condição de

calmaria, o que veio a favorecer o aumento da concentração dos poluentes nesta área. Também

observou-se que nesse mesmo dia o a concentração de ozônio foi elevada e padrão horário

ultrapassado algumas vezes na estação Cobre entre às 9h e 17h, conforme mencionado

anteriormente. Nas figuras 5.9 e 5.10 pode-se observar os picos de NO2 e O3 no decorrer desse

dia, nas estações Câmara, Lamarão, Escola e Hospital para o caso do NO2 e Cobre, Lamarão,

Escola e Hospital para o O3, que eram as estações que realizavam a medição desses poluentes na

época, respectivamente. Salienta-se que a Estação Gravatá, localizada a sudoeste do Pólo e

bastante influenciada por essa condição atmosférica, não mensurava esses poluentes. Por tudo

isso, conclui-se que o NOx pode ter contribuído bastante para esse evento de condição crítica de

qualidade do ar, uma vez que as suas concentrações mantiveram-se acima da média em todas as

estações nas quais foram realizadas as suas medições nesse mês, conforme gráficos já acima

expostos e dado às condições meteorológicas que favoreceram à formação do ozônio.

Figura 5.9 - Boletim do dia 18/03/02 referente ao NO2 (CETREL, 2003)

Figura 5.10 – Boletim do dia 18/03/02 referente ao ozônio (CETREL, 2003)

Os resultados de concentrações de NO2 no ano de 2003 são mostrados nas Figura 5.11 e 5.12 em

comparação com o período de 1995 a 2002. Observa-se uma melhoria sensível na qualidade do

ar da região com relação aos níveis de NO2 os quais apresentaram uma queda nas suas

99

concentrações máximas horárias e todas as estações mantiveram valores abaixo do padrão da

Resolução CONAMA 03/90. Houve melhoria também com relação aos demais poluentes

monitorados que pode ser atribuída à adoção de medidas de controle de emissões atmosféricas

pelas indústrias do Pólo. Dentre essas medidas, destacam-se na Braskem Insumos Básicos as

melhorias na eficiência de alguns fornos importantes, como o forno da unidade de olefinas, com

substituição de mi e oitocentos queimadores existentes por queimadores mais eficientes e

modernos, substituição de tetos fixos por tetos internos flutuantes em cinco dos seus tanques de

armazenamento de compostos hidrocarbonetos orgânicos. Ocorreu também, a mudança no

sistema de filtração da unidade de hidrogenação que reduziu bastante as emissões de COVs na

Isopol, monitoramento e controle de emissões fugitivas em várias empresas do Complexo

industrial, dentre outras (CETREL, 2004).

Figura 5.11 – Concentrações máximas horárias de NO2 na estação Câmara (CETREL, 2004)

Figura 5.12 – Concentrações máximas horárias de NO2 na estação de Hospital (CETREL, 2004)

Apesar do padrão CONAMA não ter sido ultrapassado, ficou evidenciado alguns picos desse

poluente nos meses de novembro e dezembro, principalmente no período noturno, conforme

verificado através dos dados contidos na Tabela 5.4.

100

Tabela 5.1.4 – picos de concentração de NO2 detectados em 2003 (CETREL, 2004)

Verifica-se na tabela 5.4 que os valores mais elevados das concentrações de NOx foram

observados nos meses de novembro e dezembro com ventos desfavoráveis à dispersão dos

poluentes nessa área, uma vez que eles transportaram os poluentes da região do Pólo para

Camaçari e, assim sendo, os mais altos índices foram atingidos quando eles sopraram na direção

leste. Observou-se, também, que os picos de NO2 ocorreram à noite. Tem-se que no período

noturno ocorre a brisa terrestre, que é de fraca intensidade, comparada à brisa marítima, que

ocorre durante o dia, o que vem a mostrar que no período noturno a dispersão atmosférica é

desfavorecida, provocando assim, a permanência dos poluentes na região. Assim sendo, de

forma semelhante ao ano de 2002, a qualidade do ar da região em análise foi bastante

influenciada pelas condições de dispersão de poluentes, mostrando que quando elas não foram

favoráveis, ocorreram eventos de picos de poluentes, evidenciando que existia uma necessidade

de um maior controle de redução das emissões. Também é importante ser comentado que as

estações a jusante do Pólo não monitoraram as concentrações de NOx nessa época.

Ao se analisar as concentrações do ozônio no ano de 2003 na tabela 5.5, verificou-se que

semelhantemente ao ano anterior, o panorama da qualidade do ar no que disse respeito a esse

poluente não foi muito bom, uma vez que também houve violações do padrão de qualidade do ar,

para o período de uma hora, porém esses números de violações foram bastante inferiores ao ano

anterior. O padrão da CONAMA 03/90 foi ultrapassado seis vezes no decorrer desse ano, sendo

que todas essas ultrapassagens foram concentradas nos meses de março e abril, respectivamente

duas e quatro vezes, tendo ocorrido as duas ultrapassagens de março no mesmo dia, assim como

também duas ultrapassagens em abril, inclusive com valores muito acima do padrão de qualidade

do ar, em destaque na referida tabela.

101

Tabela 5.1.5 - Ultrapassagens do padrão de qualidade do ar para o O3 em 2003 (CETREL, 2004) Estação O3(ppb) Data Hora Vel. do

vento(m/s) Direção do

vento Lamarão 131,6 10/03/03 22:00 1,5 ENE Lamarão 137,9 10/03/03 23:00 0,9 NE Hospital 551,4 11/04/03 07:00 0,6 W Hospital 89,9 11/04/03 08:00 0,7 WNW Hospital 219,8 15/04/03 07:00 1,4 SSW Escola 97,4 23/04/03 08:00 3 SE

Verificou-se, também, que a radiação solar no mês de abril esteve acima da média, conforme

mostra a figura 5.13, que mostra a sua média na Estação Lamarão, em relação aos anos

anteriores, que foi a única estação que mediu esse parâmetro no decorrer desse ano, uma vez que

o sensor da Estação Hospital apresentou problemas técnicos. Além disso, vórtices ciclônicos de

altos níveis atuaram na climatologia de grande escala da região, reduzindo bastante a formação

de nebulosidade por diversos dias nesse mês, como podemos verificar a ausência de nuvens

sobre a Bahia através da fig.5.14. Em adição, a média das concentrações de NOx no mês de abril

também foi superior aos anos anteriores (figuras 5.11 e 5.12), onde criou-se, dessa forma,

condições favoráveis à formação do ozônio, uma vez que ele é catalisado pela radiação solar.

Pode-se, dessa forma, concluir que os valores de NOx emitidos no mês de abril podem ter sido

elevados e que provavelmente não foram detectados valores ainda maiores devido à radiação

solar, que o converteu em ozônio.

Figura 5.13 - comportamento da radiação solar na estação Lamarão no período de 1995 a 2003(CETREL,

2004)

Figura 5.14 – imagem infravermelha destacando os vórtices ciclônicos na Bahia em 21/04/03

102

Também pôde-se observar através da tabela 5.4 que a direção dos ventos nos dias em que o

padrão de qualidade do ar para o ozônio foi ultrapassado apresentava condições desfavoráveis

para sua dispersão, em todas as estações, a exemplo da Estação Hospital, que no dia 11/04/03 às

7h apresentou valor de concentração muito acima do padrão e que nesse horário o vento soprava

na direção oeste, o que proporciona o transporte dos poluentes emitidos no Pólo para esta

estação, além da velocidade desse vento estar muito baixa, com o valor de 0,6m/s, o que

caracteriza uma condição de calmaria. Já na Estação Lamarão, as ultrapassagens se deram

quando a direção do vento soprava com componentes leste, que é a condição crítica para o

carreamento de poluentes do Pólo para esta estação.

De acordo com a Tabela 5.6, houve uma melhoria sensível na concentração de COVs na região,

certamente em virtude de melhorias realizadas nas empresas do Pólo, como por exemplo,

substituição de cinco tanques de teto fixo por teto flutuante e implantação de um programa de

controle de emissões fugitivas na Braskem Insumos Básicos, o que vem a mostrar que a

qualidade do ar nessa região é bastante privilegiada quando se faz uso de tecnologias mais

limpas nas empresas que operam nesta área. Provavelmente os baixos índices de concentração de

NOx e de COVs foram responsáveis por não ocorrer um maior índice de violações de ozônio

nesse ano.

103

Tabela 5.1.6 – Resultados das campanhas de monitoramento de VOCs na AIP em 2003 (CETREL, 2004)

Apesar da melhoria na qualidade do ar da região que se observou nesse ano, infelizmente,

semelhantemente ao ano anterior, no qual ocorreu um evento de condições críticas da qualidade

do ar para a região de influência da rede de monitoramento, o ano de 2003 também apresentou

um evento desse caráter, no verão. No dia 24 de fevereiro do referido ano, entre às 11h e às 15h,

a qualidade do ar caiu de uma forma que gerou incômodos à população de Camaçari, a qual

registrou queixas em relação ao odor forte. A Escola Heleno Celestino de Magalhães chegou a

suspender suas sulas no último horário da manhã, uma vez que algumas pessoas apresentavam

sintomas de sufocamento e irritação nos olhos e garganta. Nesse dia, as condições atmosféricas

da região apresentavam-se semelhantes ao do dia 18 de março de 2002, quando também a

qualidade do ar na cidade caiu bastante, conforme discutido anteriormente. Nessa ocasião, os

ventos predominantes sopravam no sentido norte-noroeste, carreando os poluentes emitidos no

104

Pólo para a cidade de Camaçari. Além disso, a velocidade desses ventos estava muito baixa, o

que deve ter favorecido a permanência dos poluentes nessa área, conforme podemos verificar na

rosa-dos-ventos do dia, na figura 5.15. Nas figuras 5.16 e 5.17, observa-se os picos de NO2 e O3

no decorrer desse dia, nas estações Câmara e Hospital para o caso do NO2 e na estação Hospital

para o O3, que eram as estações localizadas na região de Camaçari e que realizavam a medição

desses poluentes na época, respectivamente. Apesar de não ter sido observada nenhuma violação

dos padrões de qualidade do ar, verificou-se picos de concentração de alguns poluentes, como

CO, SO2 e NO2 na estação Câmara (que não realizava medições de O3) e de O3 na estação

Hospital, o qual esteve bem próximo ao padrão permitido para uma hora, o que veio a levar o

IQAr à condição de Regular. Por tudo isso, conclui-se que mais uma vez o NOx pode ter

contribuído bastante para esse evento de condição crítica de qualidade do ar, uma vez que foram

detectados picos de suas concentrações no intervalo de tempo do evento, assim como também

pico de ozônio nesse intervalo e no horário de maior radiação solar, além do que os sintomas

apresentados pela população, de irritação nos olhos e na garganta são inerentes à toxicologia dos

oxidantes fotoquímicos.

Figura 5.15 - Rosa dos Ventos da Estação Câmara em 24/02/03, no período entre às 10:00 e 15:00h

(CETREL, 2004)

Figura 5.16 – Picos de NO2 no decorrer do dia 24/02/03 (CETREL, 2004)

105

Figura 5.17 – Picos de O3 no decorrer do dia 24/02/03 (CETREL, 2004)

A análise do ano de 2004 mostra um quadro favorável à qualidade do ar com relação ao NOx,

pois as médias das suas concentrações anuais nas sete estações em que ele foi monitorado não

violaram o padrão anual de qualidade do ar, que é de 53,2 ppb, de acordo com a Resolução

CONAMA 03/90, conforme mostrado na figura 5.18. Das novas estações que entraram em

operação em 2004, a que apresentou concentrações mais elevadas foi a Estação Gravatá, que nos

meses de junho e setembro atingiu médias mensais mais elevadas, atingindo um valor máximo

de 46ppb, próxima à média anual de 53,2 ppb. Também observou-se que houve uma queda nas

concentrações desse poluente nas estações Lamarão e Escola, enquanto que na estação Câmara

houve um pequeno aumento da média anual, comparadas com o ano anteriore, conforme pode-se

verificar na figura 5.18.

Figura 5.18 - Evolução das concentrações médias anuais de NO2

Para o caso específico da estação Câmara, as suas médias de concentração mensal mantiveram-

se mais elevadas em oito meses do ano, em relação ao ano anterior, conforme podemos observar

na figura 5.19 seguir, atingindo o seu valor mais elevado de concentração com 50,2ppb no mês

de junho, que foi um mês que apresentou anomalias positivas de chuva, o que é um fator

favorável à dispersão dos poluentes, pois ela proporciona a “lavagem” da atmosfera. Além disso,

os alísios de sudeste ficam mais intensos entre os meses de abril e junho, proporcionando,

também, efeitos benéficos para a dispersão. Analisando ainda a figura 5.19, verifica-se que o

segundo maior pico de NOx nesta estação ocorreu em janeiro, que foi um mês que apresentou

na RMA (CETREL, 2005)

106

nesse ano chuvas bem acima da média. Diante do exposto, pode-se concluir que nos primeiros

meses do ano, em virtude da quantidade desse poluente ter sido elevada em comparação a anos

anteriores, nos meses de janeiro e junho, se não tivessem ocorrido anomalias climatológicas

favoráveis à dispersão atmosférica, provavelmente teria ocorrido a ultrapassagem da média anual

do padrão CONAMA de 53,2 ppb para este poluente, o que indica que havia a necessidade de

um maior controle na emissão desse poluente.

Figura 5.19 – Concentrações máximas horárias mensais de NO2 na estação Câmara em 2004 em relação

aos anos 1995 a 2003 (CETREL, 2005)

Ao se passar a analisar as concentrações de ozônio no ano de 2004 na AIP – Área de Influência

do Pólo, verifica-se que esse ano apresentou uma sensível melhoria na qualidade do ar, uma vez

que pela primeira vez, após sete anos sucessivos, esse poluente não atingiu concentrações que

ultrapassassem o valor do padrão horário de 81,6 ppb da Resolução CONAMA 003/90,

conforme pode ser verificado nas figuras. Apesar disso, esse poluente foi responsável por

classificar duas vezes nesse ano a qualidade do ar da região como regular, por ter ultrapassado o

valor de 40,8 na sua média horária, nas estações Escola, com 41,5 ppb no dia 20/01/04 e

Lamarão, com 49,5 ppb no dia 04/10/04. Conforme visto anteriormente, o mês de junho também

apresentou pico de NOx, o que vem a evidenciar que a elevação das concentrações deste

poluente também provocaram a elevação das concentrações de ozônio nesse período

Figura 5.20 – Concentrações máximas horárias de O3 na estação de Lamarão (CETREL, 2005)

107

Figura 5.21 – Concentrações máximas horárias de O3 na estação de Escola (CETREL, 2005)

Através das análises realizadas através das campanhas, verificou-se que em relação aos COVs

também houve uma melhora na qualidade do ar da região, uma vez que não houve violações

durante o ano, o que pode também ter contribuído para a redução das concentrações de ozônio na

região. De acordo com a tabela mostrada abaixo, que apresenta os COVs detectados durante o

ano, relacionados a seus limites de detecção, teve-se o seguinte panorama:

Tabela 5.1.7 – Resultado do monitoramento de VOCs no ano de 2004 (CETREL, 2005)

Com relação ao ano de 2005, observaram-se bons resultados na qualidade do ar na região. A

figura 5.22 mostra que NOx apresentou concentrações inferiores ao ano anterior nas estações

108

Câmara, Lamarão e Escola, comportamento esse que vêm se repetindo desde 2002. A única

estação que apresentou um aumento nas suas concentrações foi a estação Concórdia, a qual foi

responsável pela classificação regular do IQAr, que atingiu o valor de 54 no dia 28/06/05, com o

valor máximo de suas concentrações em 54,3 ppb. As demais estações permaneceram

praticamente com concentrações constantes.

Figura 5.22 - Evolução das concentrações médias anuais na RMA (CETREL, 2005)

O ano de 2005 também pode ser considerado como um ano bom para a dispersão atmosférica na

região, uma vez que o comportamento atmosférico esteve dentro da normalidade. Em nível de

grande escala ocorreram alísios menos intensos no primeiro semestre, porém com mais chuvas e

alísios mais intensos no segundo semestre. Em nível de microescala, ocorreram ventos menos

intensos nos meses de abril a agosto, que foram os meses que apresentaram as maiores médias

mensais desse poluente. As estações Lamarão, Concórdia, Gravatá e Leandrinho apresentaram

nitidamente médias de concentrações mais elevadas nesses meses, conforme mostradas nas

figuras 5.23 a 5.26.

Figura 5.23 - Máximas horárias mensais de NO2 na estação Lamarão em 2005 (CETREL, 2006)

109

Figura 5.24 - Máximas horárias mensais de NO2 na estação Concórdia em 2005 (CETREL, 2006)

Figura 5.25 - Máximas horárias mensais de NO2 na estação Gravatá em 2005 (CETREL, 2006)

Figura 5.26 - Máximas horárias mensais de NO2 na estação Leandrinho em 2005 (CETREL, 2006)

Em contrapartida à diminuição da intensidade dos ventos no período de abril a agosto na região,

houve nesse ano uma média pluviométrica acima da média nesse período, o que vem a ser um

fator positivo na qualidade do ar. Daí, conclui-se que poderia ter sido atingido níveis mais

elevados de concentração de poluentes na região, caso não houvesse existido esse fator

atenuante.

Figura 5.27 – Comportamento mensal da precipitação medida na estação da SUDIC no período de 1992 a

2005, com relação ao período de 1992 a 2004 (CETREL, 2006)

110

Analisando-se especificamente as concentrações do ozônio, esse ano apresentou bons resultados,

uma vez que não houve registros de ultrapassagens do padrão horário de qualidade do ar,

contudo este apresentou concentrações superiores ao ano anterior nas estações de Machadinho,

Lamarão, Escola e Câmara, conforme figuras principalmente nos meses de maio e dezembro.

Também o número de vezes que ele foi responsável pela classificação “Regular” da qualidade do

ar na AIP foi maior. Enquanto que em 2004 o ozônio só foi responsável por essa condição duas

vezes, em 2005 ele foi responsável por quatro episódios que ocorreram nesse ano, de acordo com

a tabela 5.7.

Tabela 5.1.8 – Concentrações máximas horárias de ozônio em 2005 (CETREL, 2006)

Data Estação Concentração IQAr 27/01/2005 Câmara 56,1ppb(1 hora) 69 26/05/2005 Câmara 48,1ppb(1 hora) 60 06/07/2005 Escola 47,2ppb(1 hora) 59 08/12/2005 Machadinho 42,6ppb(1 hora) 53

Figura 5.28 - Máximas horárias mensais de O3 na estação Machadinho em 2005 (CETREL, 2006)

Figura 5.29 - Máximas horárias mensais de O3 na estação Lamarão em 2005 (CETREL, 2006)

111

Figura 5.30 - Máximas horárias mensais de O3 na estação Escola em 2005 (CETREL, 2006)

Figura 5.31 - Máximas horárias mensais de O3 na estação Câmara em 2005 (CETREL, 2006)

Observando-se os resultados das concentrações de COVs no ano de 2005, tabela 5.8, verificou-se

que não houve ultrapassagens dos COVs mensurados, seguindo a tendência dos anos anteriores,

a qual desde 2001 não houve mais ultrapassagens. Este poluente foi medido através de 144

amostras coletadas no decorrer do ano. Através dessas análises, verificou-se que em relação a

esses poluentes também houve uma melhora na qualidade do ar da região, uma vez que não

houve violações durante o ano, o que pode também ter contribuído para a redução das

concentrações de ozônio na região.

112

Tabela 5.1.9 – Resultado do monitoramento de COVs no ano de 2005 (CETREL, 2006)

Ao se passar a analisar os resultados das medições das concentrações de NOx no ano de 2006,

figura 5.32, chega-se a conclusão que a qualidade do ar nessa área foi bom, para o caso

específico desse poluente, apesar desses valores terem sido superiores em relação ao ano anterior

em três das sete estações nas quais foram realizadas as suas medições. Esse foi o caso das

estações Lamarão, Gravatá e Leandrinho, que ficam a oeste do Pólo, tendo permanecido estável

nas estações Escola e Concórdia e reduzido nas estações Câmara e Machadinho. Esses resultados

podem indicar que há uma necessidade de maior controle das emissões desse poluente pelas

empresas que operam nessa área, pois o ano de 2006 foi favorável à dispersão atmosférica nessa

região, o que pode indicar que se isso não tivesse ocorrido, provavelmente as médias anuais de

concentração desse poluente poderiam apontar valores mais elevados.

113

Figura 5.32 – Evolução das concentrações médias anuais de NO2 na RMA (CETREL, 2007)

Com relação ao IQAr, este poluente foi responsável apenas por um evento que deixou a

qualidade do ar regular. Para o caso específico da estação Gravatá, que foi a estação responsável

pela classificação regular do IQAr no dia 12 de novembro, quando as concentrações de NO2

atigiram o valor de 62,2 ppb, ela apresentou picos bastante significativos no período de setembro

a novembro, em relação ao ano anterior, conforme observado na figura 5.34. Também observa-se

através da rosa-dos-ventos, na figura 5.33 que no mês de novembro a direção predominante dos

ventos foi ENE, direção tal que proporciona o carreamento dos poluentes do Pólo para a Estação

Gravatá, apesar desses ventos terem soprado com uma boa intensidade, favorecendo à dispersão.

Os outros dois meses de picos do NO2 nessa estação, setembro e outubro, apresentaram como

direção predominante dos ventos a direção Leste, com componentes ENE, porém de intensidades

mais moderadas. Contudo, o mês de setembro apresentou de uma forma anômala um índice

pluviométrico elevado, fator esse que deve ter contribuído para que as concentrações desse

poluente na área não apresentassem valores ainda mais elevados dos que ocorreram. Em virtude

disso, pode-se concluir que se não fosse as condições climáticas bem favoráveis à dispersão

atmosférica, esses meses poderiam ter apresentado concentrações mais elevadas, podendo até a

vir a prejudicar a qualidade do ar e provocando um IQAr mais elevado. Vê-se dessa forma que,

embora as concentrações desse poluente na área não sejam críticas, é necessário um maior

controle para que a qualidade do ar não seja degrada a ponto de se chegar a violações, para só a

partir daí realizar um maior controle.

114

Figura 5.33 – Comportamento da rosa-dos-ventos na estação Gravatá no mês de novembro de

2006 (CETREL, 2007)

Figura 5.34 – Máximas horárias mensais de NO2 na estação Gravatá em 2006 (CETREL 2007)

Para o caso específico do ozônio, em 2006 também houve bons resultados, uma vez que as suas

concentrações não ultrapassaram níveis aceitáveis, o padrão horário de qualidade do ar para esse

poluente, que é de 81,6 ppb. Porém, ele foi responsável pela classificação “Regular” da

qualidade do ar na AIP em oito vezes nesse ano, o dobro do ano anterior, sendo que dessas oito

vezes, quatro se deram entre os meses de setembro a novembro, quando as concentrações de

NO2 também se elevaram. Além disso, esses eventos ocorreram em períodos do dia nos quais a

radiação solar estava elevada, o que veio a oferecer condições favoráveis às reações

fotoquímicas de formação de ozônio, somadas à direção dos ventos, que era do Pólo para as

respectivas estações. Na tabela 5.9, pode-se observar verificar onde, quando e em que

concentrações se deram esses eventos. Nesta tabela 5.9 pode-se observar o local e dia desses

eventos. Nesta tabela, observa-se que as estações Câmara e Lamarão, nas quais se deram os

eventos de ozônio, com exceção da estação Machadinho, estão entre as estações que

apresentaram maiores concentrações de NO2 no decorrer desse ano, com destaque para a estação

Lamarão, que após três anos de sucessivas quedas nas concentrações de ozônio, voltou a

apresentar concentrações mais elevadas em relação ao ano anterior. A partir dessas informações,

pode-se concluir que esses eventos de ozônio estiveram relacionados às emissões de NO2 no

Pólo Petroquímico de Camaçari.

115

Tabela 5.1.10 - Eventos de qualidade do ar “Regular” devido às concentrações de ozônio em 2006 (CETREL, 2007)

Data Estação Concentração IQAr 11/04/2006 Câmara 43,9ppb(1 hora) 55 13/05/2006 Câmara 45,9ppb(1 hora) 57 21/07/2006 Lamarão 45,2ppb(1 hora) 56 03/09/2006 Lamarão 44,0ppb(1 hora) 55 08/11/2006 Machadinho 56,8ppb(1 hora) 70 09/11/2006 Lamarão 46,6ppb(1 hora) 58 12/11/2006 Câmara 46,2ppb(1 hora) 57 26/12/2006 Lamarão 45ppb(média 1 hora) 56

As concentrações de COVs em 2006, mostradas na tabela 5.10, foram medidas em 144 amostras

coletadas no decorrer do ano com a finalidade de se analisar 39 compostos. Verificou-se uma

média baixa de concentrações nesse período.

Tabela 5.1.11 – Resultados do monitoramento dos COVs na AIP em 2006 (CETREL, 2007)

116

Após a análise desses últimos cinco anos, chega-se à conclusão de que ainda existe uma

condição confortável com relação aos índices de concentração de NOx na área de influência do

Pólo, que tem a seu favor uma climatologia que propicia, em geral, uma boa dispersão dos

poluentes e redução da poluição causada pela elevada pluviosidade local. Porém, viu-se que em

condições de dispersão desfavoráveis ocorreram dois eventos de poluição que causaram grandes

incômodos à população, uma vez que aulas tiveram de ser suspensas e pessoas tiveram que ser

internadas em hospitais com sintomas inerentes à toxicologia do NOx e do ozônio. Em nenhum

deles, apesar de ter ocorrido picos de NOx, não houve ultrapassagens do padrão horário para este

poluente e apenas no ano de 2002 houve duas ultrapassagens de ozônio no decorrer do dia. Isso

vem mostrar que o fato de que se um poluente não está tendo o seu padrão horário ultrapassado

não significa que a situação está boa. A própria definição de padrão de qualidade do ar não

assegura isso, uma vez que afirma que um padrão de qualidade do ar é um limite máximo de

concentração de um poluente atmosférico que se ultrapassado “poderá” afetar a saúde e o bem-

estar da população, além de danos à fauna, à flora e ao meio ambiente em geral e são

determinados através de estudos científicos que os relacione a danos provocados à população.

Porém, esses danos são avaliados para a maioria da população e a sensibilidade aos seus efeitos

varia de pessoa para pessoa. Em virtude disso, ele pode variar de um lugar para o outro, como é

o caso do NOx, que possui um limite estabelecido pela Organização Mundial de Saúde (OMS)

inferior ao adotado aqui no Brasil. Enquanto que o nosso padrão horário é de 320μg/m³, o

estabelecido pela OMS é de 200μg/m³. Já no Japão, a sua média horária deve estar em torno de

75 a 113 μg/m³.

5.2 ANÁLISE CRÍTICA DAS PERSPECTIVAS DE REDUÇÃO DAS EMISSÕES DE NOx

NOS PROCESSOS DE COMBUSTÃO A PARTIR DO CONTROLE NA FONTE,

CONSIDERANDO AS EXIGÊNCIAS LEGAIS E LEVANDO-SE EM CONSIDERAÇÃO O

ASPECTO ECONÔMICO.

A partir da atualização do inventário de emissões em novembro de 2002, constante no Relatório

da Cetrel 2003, que apresentou como as três maiores fontes emissoras de NOx no Pólo como

sendo a Braskem Insumos Básicos, a Acrinor e a Oxiteno, conforme a tabela 5.2, foi feita uma

análise sucinta das suas respectivas licenças de operação.

Tabela 5.2 - Carga anual de NOx nas empresas do Pólo

Fonte NOx(t/ano) Braskem Insumos Básicos 7.788 Acrinor 247 Oxiteno 155

117

Para o caso da Braskem Insumos, tem-se que as suas principais fontes emissoras de NOx são os

fornos, super-aquecedores, turbinas a gás e tochas, uma vez que ela é uma empresa fornecedora

de insumos básicos para outras empresas, que são de segunda geração.

A Acrinor é uma empresa que produz acrinolitrila, acetonitrila, sulfato de amônio bruto e ácido

cianídrico a partir de propeno e amônia e tem como principais fontes emissoras de NOx o

incinerador, o flare e as colunas absorvedoras.

A Oxiteno, que se destina à produção de óxido de eteno, glicol etilênico, éteres glicólicos,

etanolaminas e etoxilados, a partir de eteno, oxigênio, óxido de eteno, álcool butílico, isobutílico,

metílico e etílico, amônia e outros, tem como principais fontes emissoras de NOx as suas

caldeiras.

As três empresas acima descritas representam a situação das demais empresas implantadas no

Pólo de Camaçari, que em maior ou menor grau, também são emissoras de NOx de uma forma

semelhante, pois geralmente fazem uso dos processos de aquecimento para a realização de seus

produtos.

Para que se possa fazer uma análise de viabilidade da implementação de medidas de redução na

fonte, abaixo será ilustrada a simulação de melhorias em um forno que possui a capacidade de

liberação de calor de 55 Gcal/h, que é um tipo de forno bastante comum em indústrias

petroquímicas.

Considerou-se um forno que possui trinta e seis queimadores convencionais de capacidade

individual de liberação de 1,523 Gcal/h, totalizando uma carga térmica de 55 Gcal/h ( 36 x 1,523

), que operam queimando gás combustível, o qual possui um PCI – Poder Calorífico Inferior de

10.000 kcal/kg a um valor de US$ 66/t ou US$ 2,0 MM BTU. Esses queimadores convencionais

operam com um excesso de ar oxigênio típico de 5,0%. Ao optar por uma substituição por

queimadores de baixo NOx, tipo Infurnox LNB, da John Zink, com garantia de emissões de NOx

abaixo de 60 ppm, temos que esses novos queimadores podem operar com um excesso de

oxigênio de apenas 2,0%. Para a capacidade térmica considerada de 55 Gcal/h e temperatura de

chaminé típica de 370o C, resultando numa economia anual em combustível correspondente à

redução do excesso de ar de aproximadamente US$ 162.000,00, utilizando-se como base os daos

operacionais da John Zink (BAUKAL, 2001).

118

Considerando um custo investimento individual por queimador de US$ 8.000,00, segundo dados

do fabricante, em uma análise econômica simplificada, temos o retorno de investimento em

menos de dois anos, visto que o custo total de aquisição de 36 queimadores é US$ 288.000,00

( 36 x US$ 8.000,00 ) e a economia de energia nas novas condições de operação é equivalente a

US$ 162.000,00 por ano - o que é bastante razoável para um investimento, considerando

associação entre a questão ambiental e a eficiência energética (BAUKAL, 2001).

Simulações semelhantes podem ser feitas com diversos modelos de queimadores, a depender das

condições e necessidades da empresa. Vale salientar que ao se optar pela utilização de

queimadores de baixo NOx como método para redução das emissões, representa uma tecnologia

mais limpa com controle na fonte e não implica em custos adicionais de operação, como é o caso

de outros métodos que não são de controle na fonte.

5.3 BASES DE UM PROGRAMA DE PREVENÇÃO DE EMISSÃO DE NOx PARA

PROCESSOS DE COMBUSTÃO

A Produção mais limpa – PML diz respeito a qualquer prática, processo, técnica e tecnologia que

tenham como propósito reduzir ou eliminar a quantidade ou toxidade de poluentes em uma fonte

geradora. Assim sendo, ela compreende modificações em equipamentos, processos ou

procedimentos, modificações em produtos, substituição de substâncias por outras menos tóxicas

e otimização de matérias-primas, energia, água e outros recursos naturais. Daí, para se

implementar as ações de PML em uma empresa, deve ser desenvolvido um programa que

abranja desde o comprometimento da direção da empresa com os princípios da PML até a

avaliação de desempenho deste programa. E mais: este programa deve representar um processo

de melhoria contínua e, desta forma, ao seu final, novas metas devem ser estabelecidas para que

seja reiniciado um novo ciclo de implementações.

Em seguida, será proposto um Programa de Prevenção de emissão de NOx para processos de

combustão a serem implementadas por qualquer empresa, tendo em vista a adequação às suas

necessidades (CETESB, 2002; SENAI.RS, 2003).

119

5.3.1 – Comprometimento da direção da empresa

A primeira ação para a implementação de medidas de prevenção à poluição numa empresa é o

comprometimento da sua direção com o princípio preconizado por este programa, de forma a

garantir o seu sucesso. Dessa forma, o envolvimento da alta administração da empresa é

necessário como forma de garantir que os conceitos e práticas de PML sejam introduzidos e

internalizados na sua cultura.

O comprometimento da direção da empresa deve ser explícito e, assim sendo, uma declaração de

intenções deve ser consolidada como forma de evidenciar formalmente a sua anuência às

implementações de PML nos seus processos e atividades. Nela, devem estar contidos os

objetivos e prioridades gerais do programa. Essa declaração deverá ser amplamente divulgada

não só no âmbito interno da empresa, ou seja, não só apenas entre os seus funcionários, mas

também entre os seus clientes e fornecedores. Além disso, as pessoas que não estejam

diretamente envolvidas no planejamento e execução deste programa devem ser mantidas

informadas do seu andamento, para que assim possam assimilar as mudanças que este programa

possa vir ocasionar.

5.3.2 - Definição da equipe de PML

O segundo passo para implantar um programa de prevenção da poluição em uma empresa é

definir um grupo de trabalho para conduzi-lo. Esse grupo deverá ser composto por pessoas de

diferentes setores da empresa, para que dessa forma seja promovida a disseminação de

conhecimentos e integração entre os participantes, de forma que o planejamento e a implantação

do programa sejam facilitados. Também é importante que o líder dessa equipe tenha autoridade

suficiente para executar esse programa e, ainda, que tenha familiaridade com todos os aspectos

relacionados à operação, além de facilidade de acesso a todos os níveis hierárquicos da empresa,

pois caberá a ele a motivação da equipe para implementação do programa e a superação de

resistência que possa a vir existir no empreendimento.

O número de pessoas que integrarão essa equipe dependerá do tamanho da empresa e/ou mais

complexo for o processo produtivo, maior será essa equipe, que também poderá ser composta

por representantes externos, tais como consultores, para auxiliar em eventuais deficiências

técnicas. É de fundamental importância que façam parte dessa equipe operadores e supervisores,

uma vez que eles estão envolvidos diretamente com o processo. Também deverá ser estimulada a

120

participação voluntária, divulgando-se as suas contribuições com os respectivos autores. A seguir

será apresentado um exemplo de equipe mínima de PML, que pode ser adaptada à realidade de

qualquer empresa, de acordo com o porte e complexidade do processo produtivo: 01

coordenador técnico com autoridade para executar o programa, 01 técnico de operação, 01

supervisor de área, 02 operadores de processo, 01 técnico de manutenção.

5.3.3 – Atribuições da equipe

À equipe PML caberá a elaboração de uma política ambiental baseada nos princípios de

prevenção à poluição nos processos de combustão. Daí, ela será responsável pelo

desenvolvimento, implementação, acompanhamento, avaliação e manutenção do programa, de

acordo com as possibilidades da empresa.

5.3.3.1 – Estabelecimento de prioridades, objetivos e metas

O primeiro passo que a equipe PML deverá dar é realizar um diagnóstico relativo à eficiência

energética da fábrica como um todo. Em seguida, focar esse diagnóstico na área de combustão,

para se saber qual a sua real situação com relação às emissões e à sua eficiência energética.

Deverá ser realizado um inventário de emissões, levantamento da integridade dos equipamentos,

das práticas operacionais, adequação do combustível utilizado, dos parâmetros de processo e das

condições meteorológicas locais.

A partir de todas as informações coletadas, deverão ser fixadas ações prioritárias, a partir do

estabelecimento de objetivos e metas quantificáveis e que possam ser executáveis dentro de um

prazo estipulado, atentando-se sempre para o que estabelece a legislação nacional com relação

aos limites de emissão e de tolerância ao NOx. Eles deverão estar em sintonia com os objetivos

gerais estipulados na Declaração de Intenções da empresa e não poderão conflitar com outros

programas já existentes.

Ao se estabelecer metas, deve-se ter uma atitude bastante cautelosa para não correr o risco de

estabelecer metas impossíveis de serem alcançadas pela empresa ou de estabelecer metas muito

acanhadas. Elas devem equilibrar um patamar que proporcione esforços significativos para a

produção mais limpa, mas que não sejam inatingíveis pela empresa. Um exemplo específico de

objetivo para um programa de redução de emissão de NOx nos processo de combustão é o de

reduzir ao mínimo possível as emissões de NOx oriundas dos processos de combustão da

121

empresa. Já como metas, pode-se estabelecer a redução de 60% das emissões de NOx nos

processos de combustão em três anos. Ou seja, as metas devem estar atreladas a uma quantidade

dentro de um prazo.

5.3.3.2 – Elaboração de um cronograma de atividades

Após a definição da equipe, caberá a ela a elaboração de um cronograma para a execução do

programa, no qual deverão constar as atividades a serem desenvolvidas no decorrer deste

programa, com os respectivos prazos e responsáveis pela realização dessas atividades. Este

cronograma deverá ser mantido atualizado continuamente, devendo constar novos prazos ou

troca de responsáveis, quando necessário. A tabela 5.3 apresenta um exemplo de cronograma de

atividades.

Tabela 5.3 – Cronograma de atividades

Atividade Duração ( dias )

Estabelecer metas, prioridades e objetivos

15

Disseminação sobre as informações de PML.

15

Levantamento de dados 15 15

Definição de indicadores de desempenho

5

Identificação de oportunidades de PML.

5

Levantamento das tecnologias

5

Avaliação econômica 10

Seleção das medidas de PML

5

Implantação das medidas de PML

90

Avaliação dos resultados

15

5.3.3.3 – Disseminação sobre as informações de PML

É de crucial importância para o êxito do programa que a equipe PML desenvolva um plano de

comunicação e de treinamento, em consonância com os já existentes na empresa, com o objetivo

de propagar as suas ações em todos os setores da empresa, objetivando a conscientização e

122

participação dos funcionários através de esclarecimentos sobre as vantagens da adoção das

práticas de PML. Para isso, um programa de capacitação profissional contínuo deve ser

implantado como forma de assegurar que seja disseminada entre os funcionários uma

consciência ambiental, para que as suas ações sejam desenvolvidas de uma forma responsável e

segura, melhorando o desempenho através do uso de boas práticas operacionais.

No programa de capacitação profissional deve estar incluso os riscos inerentes à exposição do

NOx e do ozônio, o de contaminação atmosférica e conseqüente deposição no meio ambiente.

Também devem ser abordadas informações sobre os combustíveis utilizados e consumo.

Na questão da comunicação, a equipe deve lançar dos mais variados meios, como cartazes,

circulares, palestras com palestrantes externos e internos, comunicação eletrônica, etc. Nesse

programa de comunicação, a comunidade local deve ocupar um lugar de destaque, sendo

especialmente informada a respeito das implementações de PML que a favoreceram.

5.3.3.4 – Levantamento de dados

Cabe à equipe PML realizar um levantamento acurado de todos os dados relativos ao processo de

combustão, incluindo os equipamentos utilizados, o combustível, com dados relativos ao seu

armazenamento e a sua temperatura de entrada no processo, temperatura de entrada do

comburente, dados de saída na chaminé, condições atmosféricas do local, parâmetros de

operação, possíveis pontos de perda de energia, como infiltrações nos fornos e condições de

isolamento, inclusive nas tubulações. Na impossibilidade de medição direta na chaminé, poderão

ser utilizados programas específicos para o cálculo das emissões de NOx com base na

composição do combustível e excesso de oxigênio utilizado no processo. Como exemplo de

programa de simulação de emissões, tem-se o ACOMB do IPT – Instituto de Pesquisas

Tecnológicas.

5.3.3.5 – Definição dos indicadores de desempenho

Após um criterioso levantamento de dados, a equipe PML terá subsídios suficientes para definir

os indicadores de desempenho. Esses indicadores devem ser quantificáveis e as suas medições

deverão ser realizadas antes e após a implementação das medidas de PML, para que dessa forma

seja conhecida a situação da empresa antes e após a implementação do programa e assim seja

possível realizar uma avaliação ambiental e econômica antes e após as implementações das

123

medidas, sempre comparando com os dados de projeto. Para exemplificar, são apresentados a

seguir exemplos de indicadores de desempenho ambiental.

• Consumo de energia por unidade de produção;

• Quantidade total de NOx emitido, por unidade de produção;

• Quantidade total de CO emitido, por unidade de produção;

• Consumo de energia por unidade de produção;

• Violações do padrão de emissão ambiental;

• Fator de eficiência energética (razão entre eficiência real obtida e a máxima eficiência de

projeto);

• Abatimento anual de emissões de NOx (acumulado).

5.3.3.6 – Identificação de Oportunidades de PML

Uma avaliação minuciosa em todo o processo de combustão da empresa deverá ser realizada,

dando-se especial atenção para os itens que podem estar ocasionando maiores emissões de NOx,

atentando-se para a adequação da manutenção de equipamentos e instrumentos, práticas

operacionais, infiltrações nos fornos, temperatura adequada de pré-aquecimento e nebulização do

óleo, se for o caso, detalhes técnicos dos fornos, como o volume da câmara de combustão

adequado, haja vista que um volume insuficiente provoca queima incompleta e um volume

excessivo ocasiona excesso de ar aquecido, que será liberado na chaminé, aproveitamento do

condensado, isolamento térmico, distâncias entre a fonte geradora de calor e a consumidora, tipo

de combustível utilizado, o seu armazenamento e consumo específico. Também deverá ser

avaliado se a empresa utiliza alguma tipo de tecnologia de fim de tubo para a redução de

emissões de NOx e qual o custo associado a sua utilização. É de fundamental importância que o

pessoal da área de manutenção e operação esteja envolvido nesta avaliação.

A partir dessa avaliação, a equipe PML terá subsídios para identificar melhores opções para

redução das emissões de NOx nos processos de combustão da empresa.

5.3.3.7 – Levantamento das Tecnologias

A equipe PML deve fazer um levantamento das tecnologias mais limpas disponíveis no mercado,

específicas para o processo e que sejam tecnicamente viáveis para a empresa, levando em

consideração as suas necessidades, assim como também a legislação em vigor, para ter ciência

das conseqüências que as modificações pretendidas possam vir a acarretar.

124

5.3.3.8 – Avaliação Econômica

Inicialmente devem ser implementadas as medidas de PML que praticamente não requerem

custos, relacionadas à adoção de boas práticas operacionais e de manutenção. Deve-se considerar

que qualquer medida que leve à redução de emissões, de seu tratamento ou de operação, com

baixo investimento inicial, deve ser considera exeqüível. Neste sentido, devem-se priorizar ações

de treinamento e conscientização de pessoal, ajustes do excesso de ar (oxigênio), adequação do

sistema de manutenção preventiva e corretiva e eliminação de perdas. No caso da implementação

dessas medidas tenham sido consideradas prioritárias, deve-se partir para medidas de controle na

fonte relacionadas à mudança de processo ou tecnologia e, conseqüentemente, um maior

investimento de capital.

O custo energético deverá ser quantificado e alocado por etapa produtiva ou setor da

organização.

As medidas a seguir relacionadas requerem investimento e deverão ser implementadas de acordo

com a avaliação custo-benefício, devendo-se considerar na avaliação econômica a redução do

consumo de combustíveis decorrente da adoção das novas tecnologias, os custos operacionais,

além do ganho ambiental e conseqüente redução de despesas com infrações da legislação

ambiental, se for o caso:

• Co-geração;

• Instalação de queimadores de baixo NOx;

• Modificações nos combustores das turbinas a gás com introdução de injeção de vapor ou

recirculações;

• Instalação de dutos e ventiladores para recirculação parcial de gases de combustão;

• Instalação de sistemas de pós tratamento dos gases de combustão (catalítico ou não

catalítico);

• Instalação de sistema para utilização de ar enriquecido com oxigênio nos processos de

combustão.

5.3.3.9 – Seleção das Medidas de PML

Após o levantamento das tecnologias existentes e da avaliação econômica, a equipe estará apta a

selecionar as medidas de PML que deverão ser implementadas no início, levando-se em

consideração os benefícios imediatos e os custos relacionados.

125

Os benefícios para a empresa deverão estar relacionados a:

• Ganho ambiental significativo relacionado à redução das emissões de NOx;

• Melhoria da eficiência energética, com conseqüente redução do custo de energia no

processo produtivo.

• Promoção da saúde do trabalhador e comunidades vizinhas;

• Facilidade em atendimento aos requisitos legais, criando um melhor relacionamento com

a comunidade vizinha e o órgão ambiental;

• Retorno financeiro a curto, médio ou longo prazo.

Essas medidas devem ser implementadas gradativamente, seguindo uma seqüência, de forma que

a viabilidade técnica e econômica sejam decrescentes, ou seja, primeiramente implementam-se

as medidas mais viáveis e as demais devem aguardar até que se tornem viáveis, devendo ser

prevista a dotação orçamentária para a sua realização.

5.3.3.10 – Implementação das Medidas de PML:

Após ter sido feita a seleção das medidas, parte-se para a sua implementação, em consonância

com os objetivos e metas estabelecidos no programa e de acordo com o cronograma elaborado.

Na aplicação de medidas de PML, muitas técnicas poderão ser utilizadas. Dentre elas, tem-se

(CETESB, 2002; SENAI.RS, 2003):

a) Alteração do lay-out

Está relacionada à mudança da localização de equipamentos para dispô-los em locais que

possibilitem a economia de recursos, como por exemplo a localização dos equipamentos

consumidores de calor próximos aos fornos, de forma que proporcione uma menor dissipação

de energia para o meio ao longo do seu percurso, além de menores gastos com manutenção

de isolamento térmico.

b) Controle de estoque

Constitui-se em algumas medidas que deverão ser tomadas para tornar a armazenagem do

combustível utilizado mais segura e com menos perdas, pois um melhor controle no processo

de combustão também está relacionado a uma maior economia de combustível. Para tanto,

deverá existir um registro de compra eficiente, um armazenamento adequado, considerando-

126

se as perdas decorrentes na estocagem, registro do consumo de combustível bem apurado,

condições de segurança e registro de perdas, com as suas respectivas causas.

c) Manutenção preventiva

Os processos de combustão se dão em caldeiras e em fornos e é de extrema importância que

esses equipamentos tenham um programa de manutenção para que se evitem perdas de

energia. Sendo assim, deve-se ter em prática na empresa rotinas para:

• Limpeza dos resíduos de combustão de líquidos das superfícies de troca térmica;

• Reparo de eventuais avarias no isolamento térmico;

• Reparo de eventuais vazamentos de gases de combustão ou infiltrações de ar.

d) Melhoria nas práticas operacionais

Constitui-se em padronizar parâmetros operacionais, como temperatura de entrada do

comburente e do combustível e da vazão, assim como também firmar procedimentos para

realização de tarefas, de forma que seja realizado um programa de operação adequado,

estabelecendo-se novos padrões de processo. Dessa forma, deve-se ter em prática na empresa

rotinas para:

• Verificação da composição dos gases da combustão, principalmente com a contínua

monitoração de oxigênio, material particulado e CO;

• Temperatura dos combustíveis líquidos;

• Avaliação da eficiência dos sistemas de recuperação de calor

(pré-aquecimento de ar e/ou água e geração ou super-aquecimento de vapor).

e) Mudança de processo/tecnologia

Consiste na mudança de um processo ou tecnologia para um outro menos poluidor. Outra

metodologia importante é a integração energética pelo uso da tecnologia Pinch, de

queimadores de baixa emissão de NOx, da combustão estagiada, do sistema XONON, dentre

outros.

127

f) Substituição de matéria-prima

Baseia-se na troca de um combustível mais poluente por outro menos poluente, como por

exemplo, a troca de um óleo combustível pesado, que possui um elevado percentual de

nitrogênio na sua composição, por um menos poluente, como o gás natural, que em relação

ao óleo pesado apresenta vantagens. Também deve-se levar em consideração a utilização de

resíduos de biomassa, como por exemplo a utilização de briquetes de resíduos de madeira e

casca de coco, ou ainda do bagaço de cana, conforme já anteriormente citado na revisão de

literatura, que podem ser custeados através dos Mecanismos de Desenvolvimento Limpo -

MDL.

g) Substituição ou alteração nos equipamentos

Constitui-se na troca de um equipamento por outro menos poluidor ou mais econômico ou

simplesmente fazer alterações nesse equipamento, como introduzir um duto que recircule

parte dos gases exaustos e realizar a substituição de queimadores comuns por queimadores de

baixo NOx.

h) Treinamento

Nenhuma das medidas acima expostas trará bons resultados se a equipe que for lidar com

elas no seu cotidiano não for devidamente treinada. Nesse sentido, é de suma importância

que seja realizado um programa de capacitação profissional, através de cursos técnicos

específicos, objetivando uma maior consciência ambiental, segurança, responsabilidade e um

melhor desempenho na realização das suas atribuições.

5.3.3.11 – Avaliação dos Resultados

Após a implementação do programa, há a necessidade de se verificar a sua eficácia,

analisando-se os benefícios decorrentes da sua implementação, do ponto de vista ambiental e

econômico, além da avaliação das barreiras e problemas que surgiram ao longo da sua

implementação. É aconselhável que essa avaliação seja realizada em intervalos de tempo

regulares, a fim de que os problemas que por ventura venham a aparecer sejam detectados no

seu início e, conseqüentemente, resolvidos sem maiores complicações ou repetições. Ela

deve ser realizada tendo-se como parâmetro os indicadores ambientais que foram definidos

128

anteriormente. Uma nova mensuração deverá ser realizada e então comparada com os valores

obtidos antes da implementação das medidas de PML e dessa forma poderá ser feita uma

quantificação dos ganhos decorrentes do programa, observando-se a redução dos problemas

ambientais, economia de combustível, prejuízos com sistema inoperante devido a quebra de

equipamentos, redução com dispositivos de tratamento de emissões (fim-de-tubo), aumento

da eficiência energética, além dos ganhos com um melhor relacionamento com a comunidade

local e imagem da empresa, aumento da consciência ambiental dos funcionários e melhor

relacionamento com o órgão ambiental.

5.3.3.12 – Manutenção do Programa

Após o programa de PML ter sido implementado e avaliado, ele deve prosseguir, pois o

desempenho ambiental de uma empresa deve melhorar continuamente. Assim sendo, é

necessário que sejam criadas condições para que ele prossiga ininterruptamente, através do

envolvimento de funcionários de todos os níveis e setores da empresa, estando inclusa,

principalmente, a alta administração da empresa. Devem ser estabelecidas metodologias de

trabalho que viabilizem a continuidade deste programa e cultivados instrumentos que

possibilitem a manutenção da cultura de PML, assim como também a sua progressão, em

consonância com as atividades futuras da empresa. É de extrema importância que a

capacitação profissional prossiga de uma forma bem estruturada, possibilitando que a

empresa seja constantemente atualizada com relação às inovações tecnológicas na área de

combustão e emissões de NOx, assim como também com o progresso da legislação

ambiental, para que se atinja, desta forma, um aprimoramento contínuo.

129

6. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

Na atualidade, é grande a preocupação da sociedade com a qualidade do ar que respiramos, em

virtude da degradação gradativa que ele vem sofrendo nas cidades ao longo dos anos. Dentre os

poluentes tidos como prioritários, temos o NOx como um grande vilão, dado que a sua presença

no ar pode provocar a chuva ácida e a formação de oxidantes fotoquímicos, como o ozônio

troposférico, que podem inclusive provocar uma poluição trans-fronteiriça.

Por ser o NOx formado fundamentalmente nos processos de combustão, os quais são largamente

utilizados no Pólo Industrial de Camaçari, foram analisadas as suas concentrações nos últimos

anos nessa região, isto é, no período de 2002 a 2006. Com essa análise, chegou-se a conclusão

que as suas concentrações nessa área não são alarmantes, mas nem por isso deixa de estar

passível de cuidados especiais, alertando-se também que o aumento da poligonal do Pólo

também traz como conseqüência o aumento das emissões. É necessário que se aja de uma

maneira proativa e, dessa forma, evite-se que num futuro próximo seja necessário tomarem-se

medidas mais enérgicas, como no caso de São Paulo, que com o seu Decreto das Áreas Saturadas

dificultou a instalação de novas indústrias em áreas classificadas como saturadas ou em vias de

saturação, uma vez que elas têm que apresentar um sistema de compensação, o que só é possível

se elas comprarem créditos de emissões de outras empresas, as quais não estão dispostas a

vender.

No período de 2002 a 2006, as emissões de poluentes, em especial NOx, provavelmente

contribuiu com a ocorrência de dois eventos importantes de intoxicação na população de

Camaçari. A analise do monitoramento dos poluentes NOx, COVs e O3 no período mostrou que

suas concentrações estão com medias abaixo do padrão de qualidade do ar estabelecido pelo

CONAMA. Contudo, este padrão apresenta valores acima dos padrões internacionais mais

rígidos. Os resultados mostraram também que os as concentrações de NOx e O3

Com o levantamento das tecnologias existentes no mundo para a redução das emissões de NOx,

chega-se a conclusão que existem muitos caminhos para que esse objetivo seja alcançado,

podem chegar

perto dos limites legais em alguns dias do ano quando ocorrem condições climáticas de direção

e baixas velocidades de ventos. Este cenário mostra a importância da redução sensível das

emissões dos poluentes primários NOx e COVs no Pólo Petroquímico de Camaçari, através da

adoção de programas de produção mais limpas.

130

especialmente evitando-se a sua formação nos processo de combustão. Os processos de pós-

combustão devem ser deixados apenas para que se atinjam limites de emissões mais baixos. Os

custos de investimento com a implantação dessas tecnologias variam bastante. Porém, mesmo

quando o investimento é elevado, muitas vezes tem-se um retorno de investimento num prazo

relativamente curto, com os ganhos energéticos e redução de consumo de combustível, conforme

pôde-se observar no item 5.2 deste trabalho.

Para que as empresas reduzam cada vez mais as suas emissões, faz-se necessário que a legislação

referente a este assunto evolua mais, pois apesar da conscientização ambiental ter crescido

bastante nas empresas nos últimos anos, muitas vezes ela ainda se manisfesta de uma maneira

muito tímida, principalmente quando se trata de investimentos. Chega-se até a contradições de

empresas que investem bastante em certificados de qualidade, mas na hora da sua renovação de

licença de operação querendo questionar condicionantes de melhoria ambiental. Um grande

avanço foi dado com a Resolução CONAMA 382, mas é necessário que os estados façam a sua

parte e lancem também as suas legislações específicas, como assim o fizerem os estados de São

Paulo e Paraná. É válido que sejam observadas legislações e iniciativas internacionais, como o

caso da Comunidade Européia, que através do European IPPC Bureau organiza um sistema de

troca de informações para que os países membros tenham acesso à informação das melhores

técnicas disponíveis e dessa forma elas sejam exigidas de acordo com a Diretriz 96/61/EC.

Em virtude das conclusões acima expostas, como contribuição a ser deixada por este trabalho,

serão citadas algumas sugestões:

É necessário que o Estado da Bahia lance a sua legislação relacionada às emissões atmosféricas o

mais breve possível, abrangendo, inclusive, a definição das áreas Classe I, II, e III do item 2,

subitem 2.3 da Resolução CONAMA 05/89 e o estabelecimento das metas obrigatórias para os

limites de emissão mencionado no § 2º do Art. 7º da Resolução CONAMA 382, de 26 de

dezembro de 2006.

Elaboração de uma Norma Técnica do CRA referente a emissões atmosféricas, a qual deverá

exigir para o licenciamento de empresas que utilizem os processos de combustão que

apresentem, quando do seu licenciamento, um Programa de Prevenção de Emissão de NOx para

Processos de Combustão, assim como também um sistema de monitoramento de suas emissões

na fonte, como forma não só de se acompanhar o que cada empresa emite, mas também como

forma de se ter ciência do que ela deixou de emitir, no caso de melhorias realizadas em suas

131

plantas, para que se evitem casos como o da Braskem, que realizou reformas em seus fornos mas

não há registros de quanto ela deixou de emitir com essa reforma.

Criação de um banco de dados que contenha informações sobre as melhores técnicas disponíveis

relacionadas ao controle na fonte das emissões de NOx, no Brasil e no mundo, que deverá estar

disponibilizado no portal de informações ambientais do estado, o SEIA – Serviço de

Informações Ambientais. Para efeito de disseminação da produção mais limpa nesta área, a

exemplo do estado de São Paulo, que disponibiliza no seu site casos de sucesso, também

deveriam ser disponibilizados nesse banco de dados casos de implementação de programas de

redução na fonte de NOx. É importante também que sejam divulgadas as formas existentes para

financiamento de projetos relacionados à redução de emissões atmosféricas e, em especial, gases

do efeito estufa, como é o caso do NOx. Nesse caso é de vital importância uma maior divulgação

dos projetos relacionados com os MDLs – Mecanismos de Desenvolvimento Limpo, a exemplo

do site do Ministério da Ciência e Tecnologia – MCT.

Disponibilização para a população em geral dos Relatórios Anuais da Rede de Monitoramento

do Ar do Pólo Industrial de Camaçari, a exemplo de outros estados. Também devem ser

disponibilizados os IQAr das estações.

Criação de convênios entre o CRA e universidades, institutos de pesquisas tecnológicas,

empresas fornecedoras de tecnologias e outros órgãos ambientais com a finalidade de

capacitação técnica, não só do corpo técnico do CRA, mas também do corpo técnico das

empresas com a finalidade de disseminar a produção limpa nesta área. É fundamental o aumento

do corpo técnico do CRA, incluindo especialistas em meteorologia, para concretizas ações de

controle efetivo das emissões de NOx.

132

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75. UGUCIONE, Cássia; Alves, Arnaldo; Gomes Neto, José Anchieta. Análise de NO2

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Atmosférico da Região Araraquara Utilizando C-18 Impregnada com Trietanolamina – Instituto de Química de Araraquara – Departamento de Química Aplicada

77. VERGNHANINI , R. Formação e Emissão de Óxidos de Nitrogênio ( NOx) em Processos de Combustão. Curso de Combustão preparado pelo IPT - Instituto de Pesquisas Tecnológicas – Universidade de São Paulo – USP – Capítulo 5 - NOx – 2005.

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79. VIEIRA, Petronio Lerche & outros. Gás natural: benefícios ambientais no Estado da Bahia. Salvador: Solisluna Design e Editora, 2005.

136

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81. XAVIER, Edna Elias, Termeletricidade no Brasil – Proposta metodológica para inventário de emissões aéreas e sua aplicação para o caso do CO2

, 2004. 308p. Tese (Doutorado em Planejamento Energético) – COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro.

137

8. APÊNDICE APÊNDICE A Limites de emissão de NOx ( como NO2 ) em base seca e 3% de excesso de oxigênio para óleo combustível e gás natural e 8% para bagaço de cana e derivados de madeira ( mg/Nm3

Potência térmica nominal ( MW )

)

NOx ( como NO2 ) (mg/Nm3)

Óleo combustível

Gás Natural

Bagaço de cana

Derivados de madeira

Menor que 10 1600 320 N.A. N.A. Entre 10 e 30 1000 320 350 650 Entre 30 e 70 1000 320 350 650 Entre 10 e 70 1000 320 350 (2) Maior que 70 1000 200 350 (1) 650 (3) (1) Valor limite estabelecido para potência térmica igual ou maior que 70 MW. (2) Valor limite permitido até a potência térmica de 75 MW. (3) Valor limite estabelecido para potência térmica acima de 75 MW. Limites de emissão de NOx ( como NO2 ) proveniente de turbinas a gás para geração de energia elétrica em mg/Nm3

Turbina por tipo de combustível

- base seca e 15% de excesso de oxigênio


Gás natural 50 Combustíveis líquidos 135 Limites de emissão de NOx ( como NO2

) para refinarias de petróleo


Fornos e caldeiras queimando gás de refinaria

Potência nominal ( MW )

(1)

Menor que 10 320 Entre 10 e 70 320 Maior que 70 320

Unidade de craqueamento catalítico – caldeiras de monóxido de carbono ou recuperadora de gases de regeneradores

(1)

600

Conversor de amônia Eficiência de destruição de amônia 98%.

(2) 720

(1) Concentração em mg/Nm3 em base seca e a 3% de oxigênio. (2) Concentração em mg/Nm3 em base seca e a 1% de oxigênio.

138

Limites de emissão de NOx ( como ) para Fornos de Fusão de Vidro kg NOx/t vidro fundido Classificação Vidro Incolor Vidro Colorido Doméstico 4,5 7,5 Plano 4,3 6,7 Embalagem 3,2 5,4 Especiais Técnico 4,5 6,7 Emissão expressa em kg de de NOx por t.v.f ( tonelada de vidro fundido )

139

Limites de emissão de NOx ( como NO2 ) para outras indústrias

Indústria Equipamento / Secção

NOx ( como NO2 ) % O2 ( 1 )

Celulose Caldeira de

recuperação 470 8 % Forno de cal 470 8 % Cimento Portland Fornos 650 10 %

Ácido Nítrico Torre de absorção de

HNO 1,6 3

NA ( 2 )

Siderúrgica Integrada e semi-Integrada e Usinas de Pelotização de Minério de Ferro

Coqueria - Câmara de combustão dos fornos de coque

700 7 %

Sinterização – Sistema primário de despoeiramento

700 NA

Aciaria LD – Sistema de despoeiramento dos fornos de cal

470 8 %

Laminação – Forno de reaquecimento de placas com queima de gases siderúrgicos

700 7 %

Pelotização – Sistema de exaustão do forno de pelotização

700 NA

Central Termelétrica – Caldeira com queima de gases siderúrgicos

350 5 %

(1) Concentração em mg/Nm3 em base seca nos teores de O2 estabelecidos. (2) Resultado em kg/t de HNO3 a 100% em base seca.

140

APÊNDICE B

RESUMO DO DECRETO 50753 DE 28 DE ABRIL DE 2006 do Governo do Estado de São Paulo

Para exposição de longo prazo Para exposição de curto prazo Sub-regiões com 03 anos de representativos.

Sub-regiões com 03 anos de representativos.

Saturada ( SAT )

Média aritmética das médias anuais dos últimos três anos maior que PQAR.

Saturada ( SAT )

4º maior valor diário dos últimos três anos maior que o PQAR.

Em vias de saturação (EVS)

Média aritmética das médias anuais dos últimos três anos maior que 90 % do PQAR.


3º maior valor diário dos últimos três anos maior que 90% do PQAR.

Não Saturada ( NS )

Média aritmética das médias anuais dos últimos três anos menor ou igual a 90% do PQAR.


3º maior valor diário dos últimos três anos menor ou igual a 90% do PQAR.



Saturada ( SAT )

Média aritmética das médias anuais dos dois anos maior que 90 % do PQAR.

Saturada ( SAT )



Média aritmética das médias anuais dos dois anos maior que 80 % do PQAR.




Média aritmética das médias anuais dos dois anos menor ou igual a 80 % do PQAR.



Sub-regiões com 01 ano de representativo.

Sub-regiões com 01 ano de representativo.

Saturada ( SAT ) Média anual maior que 90% do PQAR. Saturada ( SAT )



Média anual maior que 80% do PQAR. Em vias de saturação

(EVS)


Não Saturada ( NS ) Média anual menor ou igual a 80% do PQAR. Não Saturada ( NS )


Sub-regiões com nenhum ano de representativo.

Saturada ( SAT ) 2º maior valor diário dos últimos três anos maior que o PQAR.

Em vias de saturação

(EVS)


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