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Prof. Fábio Cruz MSc. Ciências Ambientais IFMG Campus Governador Valadares AMB - 208 Aula 08 - Monitoramento da Qar - Indoor e Outdoor Informações gerais A escolha dos monitores de poluição deve levar em consideração, além dos padrões legais os recursos necessários para a aquisição , operação e manutenção dos equipamentos; A confiabilidade dos valores obtidos depende da sensibilidade e da precisão do equipamento; Os métodos de monitoramento são específicos para: amostragem em ambiente em ar atmosférico; para avaliação da poluição “indoor”; em fontes emissoras industriais, especialmente chaminés; Métodos de monitoramento: Passivos; Ativos; Automáticos; Sensores remotos; Bioindicadores. Amostradores passivos A amostragem ocorre naturalmente por difusão molecular durante um período de tempo previamente definido (um dia, uma semana, o mês, etc...); O equipamento de amostragem consta de um equipamento contendo suporte adsorvente que fica exposto às concentrações ambientes; Após o período de amostragem, o tubo é levado ao laboratório para análise do material retido; Amostradores passivos podem ser usados isoladamente ou em conjunto com outros analisadores ou métodos de amostragem; Há analisadores passivos desenvolvidos para a maioria dos poluentes urbanos gasosos, entre eles: NO2, SO2, NH3, VOC’s (Compostos Orgânicos Voláteis) e O3; Os amostradores passivos não precisam de bombas ou outro equipamento de sucção que force o movimento de ar através dele, logo, a amostragem dá-se por difusão molecular do gás através de uma camada estática ou permeação através de uma membrana; Os amostradores passivos são formados por um tubo ou, num formato mais chato, como um disco, com uma extremidade aberta protegida do vento por uma membrana ou algo equivalente; Estes métodos são adequados, sobretudo, para ambientes internos ou fechados O processo de funcionamento dos tubos amostradores é realizado por meio da difusão molecular do gás a partir da concentração mais alta, descrito pela Lei de Fick, em que o fluxo do gás é proporcional ao gradiente da concentração: Onde: J=Fluxo do gás A no gás B através de uma determinada área, na direção Z (µg/m2s); C=Concentração do gás A no gás B (µg/m3); Z=Comprimento do tubo (m); DAB=Coeficiente de difusão molecular do gás A no gás B (m 2/s). Amostradores Ativos Os amostradores ativos são mais utilizados para medir SO2 e MP (material particulado), embora existam muitos métodos para medir NO2, O3 e Pb; Porém, deve-se ressaltar que estes equipamentos tem caído em desuso recentemente, sendo substituídos por analisadores automáticos; Neste tipo de amostragem, um certo volume é sugado por uma bomba e passa através de meio coletor químico ou físico por um determinado tempo (tipicamente 24 horas para poluentes em que o padrão legal é de 24 horas); A coleta pode ser feita por adsorção, absorção, impactação, difusão, reação, ou por combinação de dois ou mais destes processos; Posteriormente as amostras são levadas ao laboratório para determinação da concentração do poluente de interesse; Material Particulado Os tipos de particulados mais comumente monitorados são: partículas totais em suspensão (PTS); partículas com diâmetro inferior a 10 µm, também chamadas de partículas inaláveis (PM10); partículas finas (PM2,5); A amostragem de particulados em suspensão no ar pode ser feita por meio do método do amostrador de grande volumes (Hivol); O ar ambiente é succionado para o interior de um abrigo, através de uma bomba, passando por um filtro de fibra de vidro de 8” x 10”, a uma vazão de 1,1 a 1,7 m3/min e por um período de 24 horas corridas (cerca de 2000 m3/dia); O material particulado com diâmetro entre 0,1 e 100 micra é retido no filtro; Um medidor de vazão registra a quantidade de ar succionada; A concentração de partículas em suspensão no ar ambiente é então gravimetricamente determinada, relacionando-se a massa retida no filtro e o volume de ar succionado; Avaliação de material particulado por meio de Hivol O Hivol é composto basicamente de: Amostrador; Casa ou gabinete; rotâmetro; regulador e controlador de fluxo. Material Particulado Inalável (PM10) A concentração do Material Particulado Inalável no ar pode ser aferida com uso de Hivol PM10; Métodos de medição de fumaça O método mais usualmente aplicado em veículos é o da aceleração livre; A eficácia da medição depende dos operadores, dos procedimentos de ensaio e da equipe de medição e da calibração do equipamento; O ensaio consiste em impor uma rápida aceleração de modo a obter a utilização máxima da bomba de injeção; Após alcançada esta velocidade, inicia-se a desaceleração até que o motor volte ao seu estado natural; Esta operação provoca a emissão de uma “nuvem” de fumaça em quantidade equivalente à emissão de fumaça caso o veículo estivesse em uso; A quantificação da fumaça emitida pode ser aferida por dois métodos: Método do Opacímetro; Método da bomba de sucção; Fonte: Opacímetro portátil ônibus - gidion.com.br Fonte: Opacimetro diesel - aguiadiesel.com.br Fonte: Opacímetro portátil ônibus Fonte: Fumaça preta - setcamar.org.br Método do opacímetro O opacímetro mede a atenuação da luz em uma coluna de gás através de métodos fotoelétricos e registra o máximo valor do processo de aceleração; Método da bomba se sucção A bomba de sucção utiliza um filtro de papel, o qual muda de cor (torna-se negro) em função da qualidade do gás; A mudança de cor ocorre através da passagem dos gases, provenientes do escapamento durante a aceleração, pelo filtro; O tempo de sucção é de 6 a 8 segundos; Dióxido de Enxofre Existem dois métodos para aferir a concentração de dióxido de enxofre na atmosfera, a saber: Método da Pararosanilina; Método do Peróxido de Hidrogênio; Em ambos os métodos para a coleta dos poluentes é utilizado um sistema de borbulhadores onde um determinado volume de ar, mediante uso de bomba de vácuo, é succionado e borbulhado em solução de reagentes específicos para cada poluente por um tempo específico, normalmente 24 horas; Posteriormente a amostra é então analisada em laboratório, onde é determinada a concentração do poluente; Método da Pararosanilina Consiste em um complexo estável de diclorosulfitomercúrio formado pela absorção do dióxido de enxofre em solução de tetracloromercurato de potássio (TCM); O ácido metilsulfônico pararosanilina de coloração intensa é então formado controlando-se a adição de amostra e reagente; A concentração do poluente é determinada com base em espectrofotômetro; Método do Peróxido de Hidrogênio Consiste em submeter o ar ambiente succionado em solução de peróxido de hidrogênio; O peróxido de hidrogênio oxida o SO2, formando H2SO4; A acidez da solução resultante é determinada por titulação, levando então a determinação da concentração de dióxido de enxofre no ar amostrado; Dióxido de Nitrogênio O princípio de amostragem é mesmo do SO2; O ar é succionado e passa por uma solução estável de nitrito de sódio; O íon nitrito produzido durante a coleta reage com uma solução de ácido fosfórico, sulfanilamida e N-1-(NAFTIL)-etileno diamina dihidroclorada para formar um composto, cuja coloração é proporcional à concentração de dióxido de nitrogênio e é medida colorimetricamente. Analisadores automáticos Fornece medidas com resolução temporal relativamente altas, normalmente 30 ou 60 minutos; Utilizam princípios eletro-ópticos; A amostra de ar entra em uma câmara de reação onde a propriedade ótica do gás pode ser medida diretamente, ou uma reação química ocorre produzindo quimioluminescência ou luz florescente; Um detector de luz produz um sinal elétrico que é proporcional à concentração do poluente que está sendo medido; Medidas automáticas possuem alto grau de precisão; Analisadores funcionam continuamente fornecendo uma gama bem substancial de dados da qualidade do ar; Há necessidade de computadores acoplados aos analisadores, a fim de armazenar e processar os dados gerados; É comum seu uso em unidades fixas ou móveis de monitoramento; Unidade móvel Analisador de material particulado Analisador de COV Analisador de Ozônio Análise de Ozônio O método mais comum de monitoramento de Ozônio é baseado em absorção da radiação ultravioleta, onde a concentração é calculada a partir da absorção de radiação ultravioleta em comprimento de onda de 254 nm; A precisão do método é estimada em 11%; Sensores remotos Fornece informações de concentração de poluentes em pontos mais distantes do equipamento, por meio de técnicas de eletroscopia; Os dados são obtidos por meio de integração, ao longo de um caminho óptico, de uma fonte e receptor; O equipamento pode trabalhar na faixa do ultravioleta (UV), como o equipamento de DOAS (differencial optical absorption spectroscopy), ou ainda próximo ao infravermelho, como o FTIR; O sensor remoto tem o objetivo de medir a emissão de hidrocarbonetos e de monóxido de carbono de veículos em tráfego em vias públicas; O sensor é instalado na via e mede a concentração do poluente antes e depois da passagem do veículo para que seja calculada a emissão do poluente devido à combustão; Quando o veículo se posiciona ao longo do feixe de infravermelho, o detector realiza dezenas de medições dos gases do escapamento em menos de um segundo; Quanto mais luz infravermelha é a descarga de um veículo absorve, mais poluidor ele é; LIDAR – Laser para monitoramento do ar É utilizado para monitoramento de gases próximos a fontes poluidoras e/ou para medidas da concentração vertical na atmosfera; Sua tecnologia é baseada em uma luminária de flash bombeador Laser de Safira e Titânio; Ele permite, quase simultaneamento, medidas espaciais resolvidas Ozônio, de VOC’s e NO2; O LIDAR permite ainda informação extensa da dispersão de contaminantes e sua distribuição vertical; Aplicações LIDAR Exemplo de aplicação de LIDAR Exemplo de aplicação de LIDAR em pesquisa realizada no Brasil Princípio de funcionamento do LIDAR Pulsações pequenas de laser são enviadas à atmosfera; A fração da luz que é refletida de volta é recebida por um telescópio e um detector sensível; A detecção de um poluente específico é baseada nas propriedades espectroscópicas da molécula do poluente e do comprimento da luz incidente; As pulsações de laser são emitidas em dois comprimentos de onda diferentes; Um dos comprimentos de onda (lon) é escolhido para a absorção seletiva alta pelo contaminante de interesse; O outro comprimento não sofre qualquer absorção pelo contaminante; Na ausência do contaminante os dois comprimentos de onda são quase iguais, nos sinais de retorno atmosférico; Já no contrário, há mudanças detectáveis entre os dois comprimentos de onda nos sinais de retorno; SODAR Processa o eco de uma pulsação que é dirigida para a atmosfera, isto é, seu princípio físico de funcionamento é baseado no EFEITO DOPPLER; A frequência de retorno varia de acordo com a velocidade do vento enquanto a intensidade do eco varia de acordo com a turbulência térmica e a estrutura da atmosfera; Princípio de funcionamento de SODAR O SODAR pode medir a velocidade dos ventos e direção, movimentos verticais, turbulência e estrutura térmica; A profundidade vertical medida depende substancialmente do tipo de antena utilizada; As medidas são feitas a partir da emissão de pulsação acústica forte, na faixa auditiva e detectando a frequência Doppler trocada no eco recebido; O sinal de troca de frequência e sua força relativa são processados de vários modos para que produza informações; Exemplo de uso do SODAR RASS – Sistema Rádio Acústico O RASS faz uso do efeito DOPPLER, assim como o SODAR, para estabelecer relações entre a velocidade de som e a temperatura do ar; A partir do eco processado do sinal recebido é possível medir a velocidade do objeto vertical “móvel” (trem de onda acústico), de onde se extrai a informação sobre a temperatura do ar; O RASS junto com o SODAR consegue medir o fenômeno de inversão térmica; Aplicações RASS REFERÊNCIAS LISBOA, H. de M; KAWANO, M.. Monitoramento de Poluentes Atmosféricos. Universidade Federal de Santa Catarina. 2010
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