Aula 9 - Meio Atmosf‚rico

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INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA - IME / SE – 1 
CIÊNCIAS DO 
AMBIENTE 
• Cap Bandeira (SE/2) 
2013 
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AULA 9: 
MEIO ATMOSFÉRICO 
CIÊNCIAS DO AMBIENTE 
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SUMÁRIO 
1. Características Gerais da Atmosfera; 
 
2. Principais Poluentes Atmosféricos; 
 
3. Poluição do Ar em Diferentes Escalas; 
 
4. Dispersão de Poluentes na Atmosfera; 
 
5. Padrões de Qualidade do Ar; 
 
6. Controle da Qualidade do Ar. 
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DISPERSÃO DOS POLUENTES NA 
ATMOSFERA 
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DISPERSÃO 
ASPECTOS GERAIS: 
• É o transporte acompanhado por diluição progressiva. 
• O processo tem 2 componentes principais: 
Componente Vertical: 
• Turbulência gerada pelo 
Gradiente Térmico 
(Convecção). 
Componente Horizontal: 
• Vento é agente de transporte 
e mistura (Advecção). 
Fatores meteorológicos de 
interesse: 
• velocidade e direção do vento; 
• temperatura e umidade; 
• turbulência; 
• estabilidade atmosférica; 
• efeitos topográficos. 
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DISPERSÃO 
CIRCULAÇÃO GERAL DA ATMOSFERA: 
Alta Pressão: 
• Estabilidade; 
• Dispersão fraca. 
Baixa Pressão: 
• Instável; 
• Boa dispersão. 
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DISPERSÃO 
CIRCULAÇÃO GERAL DA ATMOSFERA: Velocidade do Vento 
p
z
z
z
uu 






10
10
• uz: velocidade do vento a altura z; 
• uz: velocidade do vento a 10 m; 
• z: altura z; 
• z10: altura de 10 metros. 
Expoente p em perfis de baixa velocidade 
Classe de 
Estabilidade 
Terreno 
Rural Claro 
Bosque 
(z∞ = 400m) 
Zona Urbana 
Zona Urbana 
(z∞ = 500m) 
A-B-C 0,07-0,10 
0,28 
0,15-0,20 
0,40 D 0,14-0,16 0,21 
E-F 0,20-0,33 0,21-0,33 
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DISPERSÃO 
ESTABILIDADE ATMOSFÉRICA: 
• Influencia condições meteorológicas e dispersão de poluentes. 
• Gradiente Térmico: variação da temperatura com a altitude. 
z
T



Consideram-se 3 tipos: 
• Gradiente adiabático seco; 
• Gradiente adiabático úmido; 
• Gradiente ambiental. 
Processo adiabático: não há transferência de calor 
nem de massa através da fronteira da partícula de ar. 
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DISPERSÃO 
ESTABILIDADE ATMOSFÉRICA: Gradiente Adiabático Seco 
• Independe da temperatura ambiente: Γd = ± 9,8ºC / km. 
• Alterações de temperatura são devidas à atividade molecular. 
• Atividade molecular se deve à pressão atmosférica. 
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DISPERSÃO 
ESTABILIDADE ATMOSFÉRICA: Gradiente Adiabático Úmido 
• Ao subir, ar com vapor d’água esfria até o Ponto de Orvalho. 
• A partir desse ponto, inicia condensação (liberta calor latente). 
• Taxa resultante é o Γw = - 6,5ºC / km (valor médio troposférico). 
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DISPERSÃO 
ESTABILIDADE ATMOSFÉRICA: Gradiente Ambiental (Γe) 
• Resulta de interações complexas de fatores meteorológicos. 
• Importante na regulação de movimentos verticais. 
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DISPERSÃO 
ESTABILIDADE ATMOSFÉRICA: Altura da Camada de Mistura 
• Massa entre superfície e altura de intersecção entre Γd e Γe; 
• Quanto mais elevada, maior a camada de dispersão. 
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DISPERSÃO 
ESTABILIDADE ATMOSFÉRICA: 
• É dada pela ΔT entre a partícula de ar e sua envolvente. 
Princípio de Arquimedes: 
 
 
 
 
g
m
F
o
fo

 

Lei dos Gases Ideais: 
 
 RTP 
g
T
TT
m
F
e
pe 

• Se F/m > 0: INSTÁVEL 
• Se F/m < 0: ESTÁVEL 
• Se F/m = 0: NEUTRA 
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DISPERSÃO 
ESTABILIDADE ATMOSFÉRICA: Gradiente Superadiabático 
• A taxa de arrefecimento do ambiente é superior ao Γd. 
• A partícula de ar permanece mais quente que o ar envolvente. 
Situação favorece 
considerável mistura 
vertical. Ocorre com 
céu limpo, forte 
insolação, ciclones. 
Quanto maior, mais 
instável. 
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DISPERSÃO 
ESTABILIDADE ATMOSFÉRICA: Condições Neutras 
• A taxa de arrefecimento do ambiente é igual ao Γd. 
• Ocorre com pouco aquecimento da superfície; 
Dias ventosos ou 
com nebulosidade. 
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DISPERSÃO 
ESTABILIDADE ATMOSFÉRICA: Gradiente Subadiabático 
• A taxa de arrefecimento do ambiente é inferior ao Γd. 
Noites com pouco 
ou nenhum vento. 
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DISPERSÃO 
ESTABILIDADE ATMOSFÉRICA CONDICIONAL: 
• A partícula satura-se e arrefece de modo mais lento. 
Se Γw < Γe < Γd: 
Acima do nível 
de condensação, 
tem-se 
estabilidade. 
Abaixo ocorre o 
contrário. 
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DISPERSÃO 
ESTABILIDADE ATMOSFÉRICA: Ascenção Orográfica 
• Massa de ar úmido é forçado a subir encosta de montanha. 
• 1 – 2: massa de ar inicia subida adiabática e arrefece; 
• 2 – 3: Atinge saturação e sobe segundo adiabática úmida. Nuvens e chuva; 
• 3 – 4: O ar desce, aquecendo-se (quente e seco). 
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DISPERSÃO 
ESTABILIDADE ATMOSFÉRICA: Condensação por Ascenção 
• Altitude em que a nuvem começa a se formar. 
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DISPERSÃO 
INVERSÃO TÉRMICA: 
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DISPERSÃO 
INVERSÃO TÉRMICA: 
• Quando a temperatura aumenta com a altitude. 
• Inibe a dispersão de poluentes. Situação ocorre com 
frequência, mas 
geralmente limita-se a 
uma camada. 
Em tal camada, os 
poluentes não se 
dispersam e ficam 
concentrados. 
São 4 tipos de 
inversão: radiação, 
subsidência, frentes e 
advecção. 
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DISPERSÃO 
INVERSÃO TÉRMICA: Radiação 
• Quando a superfície arrefece mais rápido que o ar. 
• Tendência: madrugada de céu limpo e vento calmo. 
Situação anula-se 
ao nascer do sol 
(inversão rápida), 
mas pode sofrer 
retardo pela ação 
de nevoeiro e durar 
vários dias. 
Chaminés devem 
emitir acima da 
camada de 
inversão. 
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DISPERSÃO 
INVERSÃO TÉRMICA: Subsidência 
• Anticiclones: ar desce e afasta-se do centro em sentido horário. 
• Eleva-se a pressão, comprimindo e aquecendo ar abaixo. 
De dia, forma-se a 
centenas de metros 
de altitude. 
 À noite, base da 
camada pode 
descer e chegar à 
superfície. 
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DISPERSÃO 
INVERSÃO TÉRMICA: Frentes 
• Massa de ar quente sobrepõe-se à massa de ar frio; 
• Movimentos verticais são reduzidos 
Em geral, têm curta 
duração, pois as massas 
se movem 
horizontalmente. Podem 
se prolongar com frentes 
estacionárias. 
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DISPERSÃO 
INVERSÃO TÉRMICA: Advecção 
• Ao passar por superfície fria, massa de ar quente arrefece. 
• Também acontece quando é forçada a subir uma massa fria. 
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DISPERSÃO 
EVOLUÇÃO DA PLUMA: Looping 
• Pluma em camada instável. 
• Movimentos verticais promovem “excursão” do ponto médio. 
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DISPERSÃO 
EVOLUÇÃO DA PLUMA: Coning 
• Pluma em camada fracamente estável ou neutra; 
• Ocorre em dias nublados ou céu limpo após dissipação de 
inversãotérmica por radiação e antes de se estabelecerem 
condições de estabilidade. 
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DISPERSÃO 
EVOLUÇÃO DA PLUMA: Fanning 
• Pluma em camada limite estável; 
• Difusão vertical é dificultada e ocorre no sentido do vento. 
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DISPERSÃO 
EVOLUÇÃO DA PLUMA: Lofting 
• Camada superficial estável e a superior instável; 
• Pluma é inserida na camada superior onde fica retida. 
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DISPERSÃO 
EVOLUÇÃO DA PLUMA: Fumigation 
• Camada superficial instável e a superior estável; 
• Pluma é emitida abaixo da inversão. 
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CLASSES DE ESTABILIDADE DE PASQUILL: 
CLASSE 
ESTABILIDADE 
ATMOSFÉRICA 
Gradiente Vertical de 
Temperatura (K*km) 
Desvio padrão 
da direção do 
vento (º) 
A Muito instável -17 25 
B Instável -15 20 
C Ligeiramente instável -13 15 
D Neutra -10 10 
E Estável +5 5 
F Muito estável +25 2,5 
DISPERSÃO 
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ELEVAÇÃO DA PLUMA: 
DISPERSÃO 
• Pluma é emitida em regime turbulento e admite ar do ambiente; 
• À medida que admite ar, seu diâmetro aumenta. 
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ELEVAÇÃO DA PLUMA: 
DISPERSÃO 
• Distância da linha central da pluma ao topo da chaminé. 
hhH s 
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Se x < xf: 
 
 
 
 
 
 
ELEVAÇÃO DA PLUMA: 
DISPERSÃO 
• Fórmulas propostas por Gary Briggs. 
• Condições de estabilidade neutra ou instabilidade (A, B, C, D). 
u
xF
h
f
3
2
3
1
6,1
 





 

s
as
T
TT
V
g
F

6,04,016,2 sf hFx 
4,0674fx
mhs 305
mhs 305
Se x > xf: 
 
 
 
 
 
 
22
3
2
3
1
8,012,264,04,0
6,1



























fff
f
x
x
x
x
x
x
u
xF
h
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ELEVAÇÃO DA PLUMA: 
DISPERSÃO 
• Fórmulas propostas por Gary Briggs. 
• Condições de estabilidade (E, F). 
3
1
4,2 






Su
F
h









 mC
z
T
T
g
S oa
a
/01,0
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EQUAÇÃO DA DIFUSÃO: 
DISPERSÃO 
 





















 














 










22
2
2
2
1
exp
2
1
exp
2
exp
2
,,
zzyzy
HzHzy
u
Q
zyx 
Onde: 
• χ (x,y,z): concentração do poluente (g/m3); 
• Q: taxa de emissão do poluente (g/s); 
• σ: desvio padrão da concentração de poluentes na direção y ou z. 
• u: velocidade do vento (m/s); 
• x: distância horizontal na direção do vento (m) (x=0 na chaminé); 
• y: distância horizontal transversal (m) (y=0 no centro da pluma); 
• z: distância vertical (m) (z=0 no nível do solo); 
• H: Altura efetiva da chaminé (m). 
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EQUAÇÃO DA DIFUSÃO: σy e σz. 
DISPERSÃO 
σy 
σz 
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PADRÕES DE QUALIDADE DO AR 
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PADRÕES BRASILEIROS: Resolução CONAMA 03/1990 
PADRÕES DE QUALIDADE 
POLUENTE TEMPO MÉDIO 
PADRÕES 
Primário Secundário 
MP 
24h (*) 240 μg/m3 150 μg/m3 
Méd. Geom. anual 80 μg/m3 60 μg/m3 
SO2 
24h (*) 365 μg/m3 100 μg/m3 
Méd. Aritm. anual 80 μg/m3 40 μg/m3 
CO 
1h (*) 40000 μg/m3 40000 μg/m3 
8h (*) 10000 μg/m3 10000 μg/m3 
O3 1h (*) 160 μg/m3 160 μg/m3 
Fumaça 
24h 150 μg/m3 100 μg/m3 
Méd. Aritm. anual 60 μg/m3 40 μg/m3 
Partículas inaláveis 
(<10μm) 
24h 150 μg/m3 150 μg/m3 
Méd. Aritm. anual 50 μg/m3 50 μg/m3 
NO2 
1h (*) 320 μg/m3 190 μg/m3 
Méd. Aritm. anual 100 μg/m3 100 μg/m3 
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PADRÕES BRASILEIROS: Resolução CONAMA 03/1990 
PADRÕES DE QUALIDADE 
PARÂMETRO ATENÇÃO 
NÍVEIS 
ALERTA 
EMERGÊNCIA 
SO2 (μg/m3) – 24h 800 1600 2100 
MP (μg/m3) – 24h 375 625 875 
SO2 x MP (μg/m3) – 24h 65000 261000 393000 
CO (ppm) – 8h 15 30 40 
O3 (μg/m3) – 1h 400 800 1000 
inalantes (μg/m3) – 24h 250 420 500 
Fumaça (μg/m3) – 24h 250 420 500 
NO2 (μg/m3) – 1h 1130 2260 3000 
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CONTROLE DA QUALIDADE DO AR 
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ALGUNS DISPOSITIVOS: Precipitador Eletrostático 
CONTROLE DA QUALIDADE 
• Remove material particulado. 
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ALGUNS DISPOSITIVOS: Filtro de Manga ou de Tecido 
CONTROLE DA QUALIDADE 
• Remove até 99,9% do MP. 
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ALGUNS DISPOSITIVOS: Separador Ciclônico 
CONTROLE DA QUALIDADE 
• Remove de 50 a 90% de 
partículas grandes; 
• É pouco eficiente para 
material médio e fino. 
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ALGUNS DISPOSITIVOS: Lavador de Gás 
CONTROLE DA QUALIDADE 
• Remove de 99,5% das partículas; 
• Não remove o material fino. 
• Consegue remover 80-95% do SO2. 
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ALGUMAS AÇÕES: Caráter individual e coletivo 
CONTROLE DA QUALIDADE 
• Reduzir o desperdício de energia; 
• Substituir os combustíveis fósseis por outras fontes; 
• Transformar o carvão sólido em gasoso ou líquido; 
• Remover o enxofre do combustível antes da queima; 
• Taxar a fonte de emissão de poluentes; 
• Melhorar a eficiência dos sistemas de combustão; 
• Mais, muito mais... 
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FIM