emissoes 1introducao didatico

Disciplina Controle da Poluio Atmosfrica ENS/UFSC

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLGICODepartamento de Engenharia Sanitria e Ambiental

DISCIPLINA:

ENS 5133

CONTROLE DA POLUIO ATMOSFRICAProf Henrique de Melo Lisboa

Semestre 2005 -02


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Disciplina: Professor :

CONTROLE DA POLUIO ATMOSFRICA - ENS 5133Henrique de Melo Lisboa Engenheiro Civil : UFSC, 1980. Especializao em Hidrologia : Madrid, 1981. Professor da UFSC desde 1982. Mestrado em Hidrometeorologia : USP, 1986. Mestrado (DEA) em Fsica e Qumica da Atmosfera Univ. Paris VII, 1993. Doutorado em Poluio Atmosfrica - Frana, outubro de 1996.

1. PR-REQUISITOS: Qualidade da gua II - ENS 5152 Fenmenos de Transporte EMC 5425 A partir de 2005/02: Fenmenos de Transporte EMC 5425 e FSC 5123 (Fsica Experimental II) Deciso Col Curso de 13/10/04 2. CARGA HORRIA: 03 horas/semana - 54 horas semestrais 391003 Sala EEL 009 3. OBJETIVOS DA DISCIPLINA: Propiciar ao acadmico de Eng. Sanitria e Ambiental formao para entender e dar respostas de engenharia aos processos de gerao, transporte, monitoramento e tratamento dos poluentes atmosfricos. uma disciplina fundamental como parte da formao profissional do Engenheiro Sanitarista e Ambiental, cuja atividade com o saneamento do ar, gua e solo so preocupaes constantes. 4. PROGRAMA DO CURSO U.1 - Introduo: apresentao do curso; conceitos bsicos; composio e estrutura da atmosfera; classificao dos poluentes. Poluentes primrios e secundrios. Reaes fotoqumicas : formao do oznio em baixos nveis. Unidades de medida para os poluentes atmosfricos. U.2 - Fontes poluidoras: principais fontes - especficas e mltiplas. U.3 - Efeitos causados pela poluio atmosfrica: perspectiva histrica - principais episdios; efeitos sobre a sade; efeitos sobre as propriedades qumicas e fsicas da atmosfera (camada de oznio, efeito estufa, chuvas acidas, etc); efeitos sobre a vegetao; efeitos sobre os materiais; repercusses econmicas da poluio do ar; padres de qualidade do ar. U.4 - Ventilao Industrial: Introduo; objetivos; conceitos bsicos aplicados ventilao; ventilao geral diluidora; ventilao local exaustora; dimensionamento de sistemas de ventilao. Aula prtica. Relatrio. U.5 Metodologia de controle da poluio atmosfrica: Introduo. Mtodos de controle : medidas indiretas medidas diretas. Classificao dos equipamentos de controle. Conceitos bsicos aplicados aos equipamentos de controle. Equipamentos para coleta de material particulado e para a remoo de gases e vapores - tipos, usos, vantagens, desvantagens, dimensionamento e manuteno. Fatores a serem verificados na seleo de equipamentos de controle da poluio atmosfrica.


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U.6 - Meteorologia e disperso atmosfrica : Conceitos bsicos de meteorologia. Estabilidade e instabilidade da atmosfera. Inverso trmica. Transporte e disperso de poluentes atmosfricos : Introduo. Principais tipos de plumas. Clculo da altura efetiva da chamin. Modelos de disperso horizontal. Exerccios. U.7 - Monitoramento de poluentes atmosfricos: Amostragem; anlise de material particulado; anlise de gases; equipamentos de amostragem; aula prtica com equipamento de cromatografia gasosa/espectrometria de massa para anlise de gases. Aula prtica U.8 - Concluso da disciplina: apresentao dos TCD e avaliao. 5. BIBLIOGRAFIA BSICA: APOSTILA DO CURSO SEMESTRE 2005-02

ARCHIBALD, J.M. (1990) - Ventilao Industrial. Ed. Guanabara. Rio de Janeiro, 404 pgs. BENN F. R. e MC AULIFFE C. A. (1981) - Qumica e poluio. Editora da USP. CETESB (1990) - Apostilas do curso de Tecnologia de Controle de Poluio por Material Particulado. So Paulo. CETESB (1987) - Apostilas do curso de seleo de equipamentos de controle da poluio do ar. So Paulo. DONN W. L. (1978) - Meteorologia. Ed. Reverte. Barcelona, 610 pgs. SILVA LORA, E. E. Preveno e controle da poluio nos setores energtico, industrial e de transporte. Editado pela ANEEL, 503 pg., 2000. MARGULIUS, S. (1990)- Meio ambiente: aspectos tcnicos e econmicos. Rio de Janeiro, IPEA/PNUD, 246p. MELO, C. e PEREIRA FILHO, H. V. (1991) - Ventilao industrial. Apostila do curso se Engenharia Mecnica da UFSC. MELO ALVARES JR, ; VIANNA LACAVA, C.I. e FERNANDES, P.S. (2002) Emisses atmosfricas. SENAI, 376 pg. MESQUITA, A. L.; GUIMARAES, F. A. e NEFUSSI, N. (1988) - Engenharia de Ventilao industrial. Ed. CETESB/BLUCHER. So Paulo, 442 pgs. STERN A.C. (1976) - Air pollution. Vol.1: Air pollutants, their transformation and transport. Academic Press, New York, USA, 443 p. STOKER H. S. e SEAGER S. (1981) - Qumica ambiental: contaminacion del aire y del agua. Ed. Blumes, Barcelona. WARK K. et WARNER C.F. (1981) - Air pollution : its origin and control. Chap. 4. Ed. Harper & Row, New York, USA, 513 pgs.


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ZANNETTI P. (1990) - Air pollution modeling. Ed. Van Nostrand Reinhold, N.Y., USA, 717 pgs. 6. CRONOGRAMA DE AULAS E CRITRIOS DE AVALIAO 2005/02 MES Agosto DIA 03 10 17 24 31 02 07 14 21 28 Assunto Apresentao curso e Trab. Concl. Disciplina. U.I U.I U.II e U.III U.III e U.IV U.IV Viagem de estudos (Portobello sexta feira a tarde) FERIADO U.IV - Teste 1: Unidades I, II e III 23o. Congresso ABES semana sem aulas U.IV Aula prtica de ventilao industrial Definio do TCD U.IV e U.V FERIADO U.V - relatrios aulas prticas (optativo) U.V - Teste 2: Unidade IV FERIADO Viagem de estudos (Fbrica de Papel e Celulose) U.VI Entrega do TCD Teste 3: U.V e VI. Apresentao TCD Apresentao TCD Prova n-1*

Peso

Setembro

22%

05 Outubro 12 19 26 02 Novembro 09 16 23 30 Dezembro 07

(8%) 15-23% 25% 30%

* A Prova n-1 ser determinada entre a menor das notas obtidas nos quatro testes. Nota geral inferior a 3 considera-se reprovado, sem direito a n-1.


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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLGICODepartamento de Engenharia Sanitria e Ambiental

DISCIPLINA:

CONTROLE DA POLUIO ATMOSFRICAProf Henrique de Melo Lisboa

Semestre 2005 - 02

UNIDADE I 1.1. Introduo 1.2. Composio da atmosfera 1.3. Altura e estrutura da atmosfera 1.4. Algumas definies importantes 1.5. Classificao dos poluentes 1.6. Unidades de medida para poluentes atmosfricos


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1.1.

INTRODUOresultado da interao do ser vivo como o seu ambiente (matria ou energia) podem interferir no ciclo vital ameaa a sobrevivncia humana

Resduos

Poluio ambiental lanamento ou a presena nas guas, no ar e/ou no solo, de matria ou energia que podem danificar os usos, previamente definidos, destes recursos naturais (Nefusi). AR POLUIO GUA esto quase sempre interrelacionados. SOLO Usos do ar uso indiscriminado: - usos metabolicos pelo homem, animais e vegetao - benefcios advindos dos fenmenos meteorolgicos - comunicao - transporte - combusto - processos industriais - receptor e transportador de resduos da atividade humana

RESULTADO

POLUIO DO AR

Presena ou lanamento no ambiente atmosfrico de substncias em concentraes suficientes para interferir direta ou indiretamente com a sade, segurana e bem estar do homem, ou com o pleno uso e gozo de sua propriedade (Nefusi, 1976). Uso bsico do ar Manter a vida. Portanto, todos os outros usos devem sujeitar-se a manuteno de sua qualidade a nveis tolerveis. Cinco compostos significam mais de 90% do problema da contaminao atmosfrica: 1. Monoxidos de carbono (CO); 2. xidos de nitrognio (NOx); 3. Hidrocarbonetos (HC); 4. xidos de enxofre (Sox); 5. Partculas.

1.2.

COMPOSICO DA ATMOSFERA

A atmosfera terrestre nada mais do que uma mistura de gases, inodora e incolor que forma uma capa delgada ao redor da Terra. A composio desta mescla, desde o nvel do solo at uma altura de 70 km notavelmente constante, com pequenas variaes devido a presena de um corpo estranho o vapor dgua. A atmosfera regula a temperatura, igualando aproximadamente a de dia com a de noite: se na lua, carente de atmosfera, durante a exposio do sol a temperatura se aproxima aos 200 0 C, e ao chegar na noite lunar desce a quase 200 0C abaixo de zero. O peso da ATM representa


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um milionsimo do peso total da Terra, em conjunto. (Tecnirama, vol.3, p.227 A atmosfera. O vapor dgua resulta de um processo fsico de evaporao, no sendo integrante da mistura de gases, utilizando a ATM como meio de transporte. Sua composio varia de 0 4%, no mximo. (Chede) 0% ar seco 4% ar saturado 0-4% ar mido Tabela 1.1: Composio da atmosfera seca (Nefusi) Componentes gasosos Nitrognio Oxignio Argonio Dixido de carbono Nenio Hlio Metano Criptnio xido nitroso Hidrognio Xennio Composio ppm (vol) 780.900 209.500 9.300 300 18 5,2 2,2 1 1 0,5 0,08 Composio ppm (peso) 755.100 231.500 12.800 460 12,5 0,72 1,2 2,9 1,5 0,03 0,36

Outros componentes gasosos de origem natural e de concentrao varivel so os: - xidos de nitrognio: produzidos pelas descargas eltricas durante as tempestades; - dixido de enxofre; fluoreto de hidrognio e o cloreto de hidrognio (erupes vulcnicas); - sulfeto de hidrognio: escapa das acumulaes de gs natural ou dos vulces; - oznio: formado fotoquimicamente ou por descargas eltricas. Alm destes, partculas slidas ou lquidas de origem natural, constitudas por materiais do solo, da vegetao e do mar, transportados pelo vento; poeiras metericas e por micro organismos e plen.

1.3. ALTURA E ESTRUTURA DA ATMOSFERA

(Donn)

- Capa de ar onde no existe limite superior perfeitamente definido. - Densidade diminui com a altura at confundir-se com a atmosfera solar. - Metade da ATM se situa abaixo dos 5,5 Km. Metade do que resta nos outros 5,5 Km. da massa da ATM situam-se nos primeiros 11 Km. Mais de 99% de todo o ar se localiza numa faixa de 40 km. - Presso atmosfrica compresso em virtude da gravidade. - A 00C (32 0F) e 76 mm Hg ar 1,3 Kg/m3 satlites sofrem efeito da frenagemcom o ar superior, apesar de sua pouca densidade. - 1 ATM = 1.033 cm de H2O = 76 cm Hg = 1.013.000 brias = 1,013 bar = 1013 mb (milibares) --- bria = Dina/cm2 - Mol ar = 29,095 g


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Na troposfera existe uma certa concentrao de vapor de gua, varivel com o tempo, em altitude e latitude. Encontra-se 4% de vapor de gua nas zonas tropicais, mas somente uns dcimos nos desertos e zonas polares. O contedo em vapor de gua diminui com a altura, sendo desprezvel na estrtatosfera. Leituras Complementares: KIRCHOFF, V.W.J.H., MOTTA, A.G. e AZAMBUJA, S.O. - Camada de oznio: um filtro ameaado. Cincia Hoje, vol. 5, n. 28, pg. 28-33, 1987. FRANA, M.J. - Castigo do cu. Superinteressante, pg. 26-30, maio 1990. MC KIBBEN, B. - O fim da natureza. Superinteressante, pg. 54-59, fev. 1990. BABELLO, A.L. - Efeito Estufa. Cincia Hoje, vol. 5, n. 29, pg. 50-56, 1987.

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1.4. ALGUMAS DEFINICES IMPORTANTESPOEIRAS - so partculas slidas produzidas por manipulao, esmagamento, triturao, impacto rpido, exploso e desintegrao de substncias orgnicas ou inorgnicas, tais como rochas, minrios, metais, madeira ou cereais. As poeiras no tendem a flocular, a no ser sob a ao de foras eletrostticas; no se difundem no ar, porm sedimentam sob a ao da gravidade (American Standard Association ASA). Exemplo: poeira de slica, poeira de asbesto, poeira de algodo. Observao: 1 micron ( m ) equivale a 1/1000 de milmetro ou 1 milionsimo do metro. A menor partcula visvel ao olho humano mede, aproximadamente, 1/10 de milmetro. FUMOS - so partculas slidas resultantes da condensao ou sublimao de gases, geralmente aps volatilizao de metais fundidos (substncias que so slidas temperatura normal) que se acompanha amide de reao qumica, como oxidao. Os fumos floculam e as vezes coalescem. Partculas < 0,5 m dimetro (ASA). Exemplos: fumos metlicos em geral (chumbo, alumnio, zinco etc.) e fumos de cloreto de amnio. Observao: Fumaa: fumo resultante da combusto incompleta de materiais orgnicos C O2 (combustveis em geral). Reao qumica de produtos de combusto C + O2 ou H + O2 H2 O - gases ou vapores). Se a combusto for completa e o combustvel no tiver cinzas, no teremos fumaa (S. Pereira). So constitudas por partculas com dimetros inferiores a 1 micrmetro (Nefusi). NVOAS - so gotculas lqudas em suspenso, produzidas pela condensao de gases ou pela passagem de um lquido a estado de disperso, por respingo, formao de espumas e atomizao. Partculas < 0,5 m dimetro (ASA). Exemplo: nvoas de cido sulfrico, nvoas de tinta e nvoas de leo Deminster para condensar e coletar nvoas (filtro de l de vidro). As substncias gasosas podem ser subdivididas em gases verdadeiros e vapores: VAPOR - a forma gasosa de substncias normalmente slidas ou lquidas (ou seja, a 25 0C e 760 mm Hg), que podem voltar a estes estados ou por aumento de presso, ou por diminuio de temperatura. Os vapores so difusveis (ASA). Os vapores so substncias que existem no estado slido ou lquido nas condies usuais do ambiente. O seu tamanho o molecular.


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Exemplos: Vapores de gua; gasolina, mercrio, benzeno, lcool etlico, naftalina. GASES so normalmente fludos sem forma que ocupam o espao que os contm e s podem liquefazer-se ou solidificar-se sob a ao combinada de aumento de presso e diminuio de temperatura. Em outras palavras, os gases verdadeiros no esto presentes na forma lquida ou slida nas condies usuais do ambiente em termos de temperatura e presso. O seu tamanho logicamente o molecular: O monxido de carbono, o cloro e o ozonio so exemplos de gases verdadeiros. Os gases so difusveis, no sedimentam nem se aglomeram, chegando a sua diviso ao nvel molecular, permanecendo, portanto, intimamente misturados com o ar, sem se separarem por si mesmos (ASA). AEROSSIS so partculas em suspenso no ar, em forma slida ou lquida. O uso de combustveis fsseis (carvo, petrleo) e a queima da vegetao so algumas das causas de formao dos aerossis. Os aerossis contribuem para o resfriamento da superfcie da Terra, por produzirem espalhamento e reflexo da luz solar incidente. CATALIZADOR uma substncia que, presente em pequena quantidade numa pequena quantidade numa reao qumica, aumenta consideravelmente a sua velocidade, sem ser consumido no processo e sem alterar a composio final da reao.

1.5. CLASSIFICACO DOS POLUENTESI - De acordo com a origem: a) Poluentes primrios: esto presentes na atmosfera na forma em que so emitidos como resultado de algum processo. b) Poluentes secundrios: so produzidos na ATM pela reao entre dois ou mais poluentes primrios, ou pela reao com constituintes normais atmosfricos, com ou sem foto ativao. II - De acordo com o estado: a) Gases e vapores: CO, CO2,SO2, NO2 b) Partculas slidas e lquidas: poeiras, fumos nvoas e fumaas (AEROSIS ou AERODISPERSIDES). Limite superior: bem definido: entre 100 m - 200 m Limite inferior: 0,5 m (no caso de poeiras). Em aerosis formados por condensao (fumos e nvoas), o tamanho da partcula varia entre 0,5 e 0,001 m III - De acordo com a composio qumica: a) Poluentes orgnicos : hidrocarbonetos; aldedos e cetonas. b) Poluentes inorgnicos: H2S; HF; NH3 (amnia).


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1.5.1 Emisses primriasA. Partculas finas (menos que 100 m em dimetro) Metal; carbono; alcatro; resina; polm; fungos; bactrias; xidos; nitratos; sulfatos; silicatos; etc. - dispersam a luz segundo leis fsicas estabelecidas; - catalizadores de reaes normalmente lentas devido a alta superfcie especfica; - ncleos de condensao e coalescncia de outrass partculas e gases; - alta toxicidade para plantas e animais ou corrosivos de estruturas metlicas; - se radioativas podem provocar mutaes genticas; - como partculass sofrem atrao gravitacional e eletrosttica, sujando tecidos, edifcios, etc.; - efeitos adversos sade ao exceder 80 g / m3 em mdia. O tempo que os aerosis podem permanecer no ar depende de seu tamanho, peso especfico e da velocidade de movimentao do ar. Quanto mais tempo o aerosol permanecer no ar, maior a chance de ser inalado e de produzir intoxicaes nas pessoas. As partculas slidas de maior risco so aquelas com menos de 10 m visveis apenas ao microscpio. Estas constituem a chamada frao respirvel, j que podem ingressar, pela inalao, at nos pulmes. As partculas slidas maiores que 10 m so retidas no aparelho respiratrio superior ou nos clios da traquia; as menores que 0,5 m so reexaladas ao exterior. B Partculas grosseiras (maior que 100 m em dimetro) Apresentam os mesmos problemas em grau diminudo, porque: - atrao gravitacional mais efetiva; - encontra limites nos mecanismos fisiolgicos de defesa dos animais e homem; - permitem muito menos oportunidade para reaes com outros componentes do ar poludo (pequenas superfcies especficas); - causam menos incmodos a populao. C. Compostos orgnicos Hidrocarbonetos aromticos e olifticos, saturados e insaturados e seus derivados oxigenados e halogenados. Emitidos como vapores ou at gotculas. Muitos esto associados aos odores - alguns so associados a cncer.


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Composto CH3-OH CH3 - C - CH 3

Grupo funcional OH C O

Funo LCOOL CETONA

CH3 - NH2 O CH3 - C OH

NH2 O C OH

AMINA CIDO ORGNICO

CH3 - O - CH 3 O CH3 - C H

O O C H

TER

ALDEDO

CH3 SH

R

SH

Compostos Sulfurados (MERCAPTANAS) 2,4 dimetil Hexano

C.1 Alcanos ou parafinas : CH4 (metano) Ciclanos H2C CH2 H2C CH2 C.2 Alcenos H2C = CH2 H2C = CH - CH = CH2 HC CH Acetileno H2C = C C = O H H C.6 - Aromticos (com ncleo benznico) Ciclobutano

Reagem pela substituio de um tomo de H.

C.3 - Alcadienos C.4 - Alcinos C.5 Aldedos

1,3 Butadieno

Acrolena

H3 C C = O Acetaldedo H


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Tolueno H3 C Benzeno

Estireno HC = CH2

C.7 - Mercaptanas

perceptveis mesmo a 0,03 ppb (cheiro de ovo podre). Semelhantes aos lcoois : R OH Grupamento SH ligado a um radical hidrocarboneto : R - SH Exemplo : CH3SH Metil Mercaptana C2H5SH Etil Mercaptana C.8 Cetonas, steres, cidos orgnicos, Fenis, etc D. Compostos de enxofre inorgnicos xidos de enxofre: emisso mundial de SO2 = 80 + 106 ton/ano; - queima do carvo; - refino do petrleo; - fundies primrias de cobre, zinco e chumbo; - causam efeitos adversos sobre a sade, visibilidade, materiais vegetao, segundo sua proporo no ar. - H2S gs sulfdrico (causam odor em baixas concentraes cheiro de ovo podre) 0,1 ppm. Ver reportagem da Revista Eng. samitria, out.-dez.86 sobre o ataque do gs sulfdrico s instalaes de esgoto sanitrio. E. - Compostos de nitrognio: principais - NO, NO2 e NH3 NO NO2 combusto a altas temperaturas e operaes industriais. combinao do O da ATM com o N da ATM. irritante aos tecidos. relaciona-se com as reaes fotoqumicas da ATM. amnia altamente txico > 33 mg/m3

NH3

F. xidos de carbono F.1- Monxido de carbono (CO) - queima de combustvel. EUA (1962) 100 106 ton/ano; efeitos nocivos sade. F.2- Dixidos de carbono (CO2) - influencia a longo prazo no aumento da temperatura da Terra.


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G. Compostos halogenados: Derivados de hidro-carbonetos pela substituio de um ou mais hidrognios por halognios (F, Cl, Br, I). So corrosivos e irritantes, e os fluoretos metlicos tem propriedades txicas, que tem se manifestado em danos a colheita e a agropecuria. Ex: CH3 Cl Cloro metano ou cloreto de metil CCl2F2 HF e HCl dicloro-difluor metano (freon) clorofluorcarbono gs fluordrico e gs clordrico

H Compostos radioativos

1.5.2 Poluentes secundriosAr poludo qumica e fisicamente instvel em funo da: - concentrao relativa dos reagentes; - grau de fotoativao; - parmetros meteorolgicos; - influencia da topografia local; - umidade relativa. (dissolvido em gotculas de gua) H2 SO4 SO2 SO3 (apresena de O2 e xido de ferro aceleram a reao) H2SO4 (nvoa irritante)

Exemplo 1: SO2 + O2 S + O2 SO2 + O2 SO3 + H2O

Exemplo 2: Reaes fotoqumicas - xidos de nitrognio (NO, NO2 , NO3 ) A qumica dos xidos de nitrognio um captulo importante na problemtica da poluio do ar. O monxido de nitrognio produzido pelos motores de combusto interna (N2 + O2 2NO) emitido pelos gases dos escapamentos em concentraes locais suficientementes altas para tornar eficiente a subsequente oxidao pela ATM: 2NO + O2 2NO2 (1)

O dixido de nitrognio absorve eficientemente a radiao no ultravioleta e visvel como nvoa marrom caracterstica dos episdios de smog fotoqumico: NO2 + hv NO + O (2)

A molcula de dixido de nitrognio absorver um foton de luz visvel (UV) e a energia do f ton absorvido (hv) produz uma molcula excitadade dixido de nitrognio, que muito menos estvel que a normal, no estado fundamental, e esta a seguir se fragmenta. A fotodecomposio (2) produz tomos de oxignio bastante ativados, capazes de iniciar uma sequncia complexa de reaes que conduzem a formao de componentes irritantes para os olhos, tais como oznio, aldedos, nitratos de peroxiacila e nitratos de alquila. A reao (3) indica um dos primeiros passos da sequncia: O + O2 +M O3 + M (3)


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Nas atmosferas poludas, tanto os tomos de oxignio como oznio (oxidantes) podem reagir posteriormente com outros constituintes, como, por exemplo, hidrocarbonetos, dixido de enxofre, monxido de carbono e material particulado. NO + O2 N O3 + O2 NO3 NO2+ O3 (4) (4.1)

Uma vez que se forma o NO2 pode-se escrever uma srie de reaes que mantm o equilbrio do dixido de nitrognio: NO2 + hv O + O2 O3 + NO NO + O O3 NO2 + O2 (5) (6) (7)

Desse modo, a reao efetivamente fotossensibilizada pelo dixido de nitrognio. Ref. BENN, F. R. e MC AULIFFE, C.A - Qumica e poluio, Editora da USP, pg. 69-70, 1981 Exemplo 3: Oxidantes fotoqumicos Os oxidantes fotoqumicos presentes nas camadas inferiores da atmosfera, dos quais se destaca o oznio (O3 ), so provenientes da reao dos xidos de nitrognio (NOx) com os compostos orgnicos volteis (COVs), ob a influncia da radiao solar, principalmente durante os meses do ano com maiores horas de insolao. O oznio um poluente atmosfrico importante em termos de toxicologia humana, dado que penetra nas vias areas respiratrias profundas, atacando principalmente os brnquios e os alvolos pulmonares. Os oxidantes fotoqumicos tm efeitos negativos na sade, mesmo em concentraes baixas e para exposio de curta durao. Alm do efeito nocivo para a sade do ser humano, o oznio provoca tambm leses nas culturas, na vegetao natural e nas florestas (no confundir com o oznio presente e indispensvel na estratosfera). O3 + hidrocarbonetos perxidos, aldedos, cidos, que produzem irritaes nos olhos, m visibilidade, danos a colheita e formao de smog. Fenmeno tpico de atmosferas urbanas.

OBS : As classificaes vistas no incluem agentes fsicos, os quais, tecnicamente falando, no podem ser considerados substncias. Uma classificao ampla dos riscos industriais para a sade tambm incluiria outro grupo de substncias - os seres vivos, tais como, bactrias, fungos e outros parasitas.

1.6. UNIDADES DE MEDIDA PARA OS POLUENTES ATMOSFERICOSAs unidades de medida mais utilisadas para apresentar as concentraes dos contaminantes atmosfricos so :


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Microgramos por metro cbico relaciona a massa de contaminante com o volume de ar que o contm (peso por unidade de volume). A unidade mais utilizada g/m3. Utilizada para nvoas, neblinas e fumos. Partes por milho (ppm) est baseada em medidas de volume, representando o volume de contaminante contido em 1 milho de volumes de ar. Utilizada para gases e vapores mmpc (milhes de partculas por p cbico de ar) : para poeiras partculas por unidade de volume.

A EQUAO DE ESTADO E A CONVERSO PARA O CLCULO DAS CONCENTRAES A atmosfera pode ser entendida como uma imensa mquina termodinmica e as variaes meteorolgicas ocorrem atravs das interaes entre a presso, temperatura e a densidade. A relao entre a temperatura, presso e o volume (densidade) foi determinada por experimentos classicos como: A Lei de Boyle que enuncia quando a temperatura constante o volume de uma dada massa de um gs perfeito varia inversamente com a presso absoluta. Da Lei de Gay Lussac sabido que a presso constante o volume de uma dada massa de um gs varia inversamente com a temperatura absoluta. LEI DE GAY LUSSAC E BOYLE-MARIOTTE : "os produtos das presses pelos volumes so proporcionais s temperaturas absolutas". 1 MOL de um gs ideal ocupa 22,4 l s CNTP (0 e 1 ATM) Generalizando, teramos: V = n.Vm - para 2 moles de gs - para 3 moles de gs - para "n" moles de gs -> Vo = 2 x 22,4 l -> Vo = 3 x 22,4 l -> Vo = n x 22,4 l PoVo 1atm.n.22,4 litros ------ = ------------------- = n.0,082 To 273,15 K.1mol PoV o P1V1 -------- = cte. = ---To T1 Onde n o nmero de moles

Consequentemente Ou ento PV ---- = n . 0,082 T PV = nRT atm.l -----K.mol

-> constante de proporcionalidade desta frmula (constante universal dos gases perfeitos)

Esta ltima conhecida como EQUAO DOS GASES PERFEITOS ou Equao de CLAUSIUS CLAYPERON (ou Equao de Estado): m n = ---M m n M = massa = nmero de moles = Mol Mol - massa atmica ou massa molecular de um composto, expresso em unidade de massa.


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Ex: H2O CNTP (no estado gasoso) 1 gmol de CO2

2 + 16 = 18 (peso molecular) 1 Mol de gua tem 18 g. 1 mol de ar: m = 28,966 (massa molecular do ar) 22,4 l 22,4 l 22,4 l (gasoso) 22,4 m3 => 44 g CO2 22,4 l nas CNTP

. 1 gmol de CO2 . 1 gmol de CO . 1 gmol de H2O . 1 Kgmol C - 12; O - 16x2

A equao de estado pode ser escrita na forma familiar m PV = RT M onde, P = presso absoluta (dynes/cm2) V = volume do gs (cm3) m = massa do gs (g ) M = peso molecular (g - mole) T = temperatura absoluta (K) R = constante universal dos gases 8,31 x 107 dyna cm3 g-mole K A presso dever ser expressa em milibares e o volume em m3. Assim: 1mb = 107 dynes cm-2 1m3 = 106 cm3 R = 8,31 x 10-2 mb m3 g-mole K Calcula-se o novo volume de gs a uma temperatura qualquer

PV P1V1 1 ATM. 22,4 l 1 ATM.V OBS1: ----- = R = ----- ----------------- = -------------T T1 273,15 K 323,15

O -> 273,15 K OBS2: Escala KELVIN (K) Escala absoluta para C K => para que se possa introduzir em qquer equao matemtica (valores positivos). 1 1 atm. 22,4 l R = -------- . ------------28,966 g 273,15 K 1 1,033 kg/cm2.22,4 .10-3 m3 R = -----x --------------------------------28,966 .10-3 kg 273,15 K 1 1,033 kg. 22,4 m3 R = --------- . ----------- . ---------- => 28,966 kg m2.10-4 273,15 K kgf.m -----kg. K

R = 29,244


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Converso de unidades :

g/m3 em ppm ou ppb

O nmero de moles por litro em 1 atmosfera de presso e 25 oC (298 K) dado por :

1atm moles = 0,0409 atm. l l 0,082 x 298K K . mol Como 1 atmosfera a 25 oC possui 4,09 x 10-2 moles.l-1, 1 -2 6 ppm ter (4,09 x 10 ) x 10 ou 4,09 x 10-8 moles.l-1 ou 4,09 x 10-5 moles. m3. Se o peso molecular do poluente MW (molecules weight) gramas por mol, portanto, 1 ppm em unidade de massa ser (4,09 x 10-5) x (MW) gm-3 ou (40,9) x (MW) gm-3.A converso de unidades entre g/m3 e ppm ou ppb (em 1 atmosfera de presso e 25 oC) pode ser resumida por :

n P = = V RT

g/m3 = ppm x 40,9 (MW)0,02445 xg / m3 ( MW )

g/m3 = ppb x 0,0409 (MW)24,45 xg / m3 ( MW )

1ppm =

1 ppb =

EXEMPLOS DE APLICAO1) Seja o benzeno (C6H6) MW = 78 g/mol transformar de g/m3 para ppb supondo 1 atmosfera de presso e 25 C.

1 ppb =Produto Benzeno Decano Ethil Benzeno Nonano Tolueno Heptano

24,45 x1g / m3 = 0,31346x1g / m3 78MW (g/mol) 78 142,28 106,17 128,26 92,14 100,2

Frmula qumica C6H6 CH3(CH2)8 CH3 C6H5C2H5 CH3(CH2)7 CH3 C6H5CH3 CH3(CH2)5 CH3

g/m3 ppb 0,313 0,172 0,230 0,191 0,265 0,244

2) Uma indstria emite 0,2% de SO2 por volume a uma temperatura de 260F (400 K). O volume de gases emitido 2,36 x 102 m3/seg. Considere a presso atmosfrica de 980 mb. Qual a taxa de emisso em unidades de massa/tempo? Soluo

PV =

m RT M

0,2 = 2 x 10-1 x 10-2 = 2 x 10-3 100


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Seja a equao de estadom= PM xVx(% SO2 ) RT(1)

Sendo

P = 980mb

M = 64

T = 400 K

V/t = 2,36 x 102 m3/s

Q = A taxa de emisso = g/s Dividindo (1) por t tem-se m = 2,36 x 102 x 980 x 64 x 2 x 10-3 = 890 g/s t 8,31 x 10-2 x 400

Q = m = 890 g/s t

3) Na amostragem de ar de SO2 numa chamin os gases (Ts). Que correo deve ser aplicada para se obter na verdadeira se a temperatura ambiente de -12 C (TA) desprezvel? Soluo

esto a uma temperatura de 25 C sada da chamin a concentrao assumindo uma queda de presso TS = 25 C TA = -12 C = 298 K = 261 K

A medida da concentrao dos gase na chamin ser dada pela equao de estado m = PM VS RTS (1) A concentrao verdadeira, encontrada no ambiente, ser: Assim ( m )A x TA = PM V R ( m )S x TS = PM V R ( m )A x TA = ( m )S x TS V V ( m )A = ( m )S x TS . V V TA.

m = PM VA RTA (3) (4) 3) 4)

(2)

.

( m )A = ( m )S x 298 = m x 1,11 V V 261 VSCR = Cm (1,11)

Dever ser aplicada uma correo de 11% deve ser adicionada concentrao amostrada para dar a concentrao verdadeira.


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4) Qual o volume ocupado por 1 mol de uma substncia qualquer uma temperatura de 15 C e 1050 mb?

5) Transforme 50 mg/m3 (miligramas por metro cbico) de SO2 para ppm supondo uma atmosfera de 1050 mb e 15 C.

6) Transforme 300 g/m (microgramas por metro cbico) de BENZENO (C6H6) (78gmol) para ppb a uma atmosfera de presso e 25 C.P = 1 atm T = 25 C = 289,15 K

R = 0,082 atm.L/K.mol mol = 78 g PV = nRTn P 1atm moles = = = 0,0409 = 40,90mol / m3 atm.l V RT 0,082 l x 298,15 K K .mol1ppb = 40,90 x 10 9 mols/m 1ppb = 40,90 x 10 9 mols/m . 78 g/m (x106) = 40,90 x 10 3 . 78 g/m 1 ppb = 3,19g/m Portanto,1 ppb______3,19g/m X _________300 g/m

X = 94,04 ppb

________________________________________________________________________ OBS: Um Martini muito seco : Um ppm equivalente a 1 m em 1.000 km; 1 minuto em 2 anos; 1 agulha de 1 grama numa tonelada de palha; uma moeda de 5 reais em R$ 5.000.000; uma grama de sal numa tonelada; uma bocada de comida em comparao ao alimento que uma pessoa comer durante a vida; e uma gota de vermute (martini) e 80 doses de gim ou vodka.

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