biologia - ecologia - poluição atmosférica iii - modelagem de dispersão
TRANSCRIPT
-
8/14/2019 Biologia - Ecologia - Poluio Atmosfrica III - Modelagem de Disperso
1/15
1
Modelagem de dispersoatmosfrica
Prof. Dr. Aurlio A. Barreto Neto
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
Modelo matemtico
Modelos matemticos permitem
a representao e a simulao defenmenos que ocorrem no mundoreal, a partir de formulaesmatemticas.
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
-
8/14/2019 Biologia - Ecologia - Poluio Atmosfrica III - Modelagem de Disperso
2/15
2
O modelo pode ser:
emprico (obtidos de observaes do fenmeno)
conceitual (obtido a partir da aplicao de teoriafsica conhecida)
determinstico (os resultados modelados no
variam) Estocstico (os resultados das modelagens
apresentam variabilidade estatstica)
Modelo matemtico
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
O que um modelo de disperso?
um modelo matemtico capaz de
estimar a concentrao de umdeterminado poluente em um receptor,localizado no espao, a partir domovimento de uma pluma.
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
-
8/14/2019 Biologia - Ecologia - Poluio Atmosfrica III - Modelagem de Disperso
3/15
3
Para que modelamos a dispersode poluentes no ar?
Para conhecer a qualidade do ar e a eficinciade tcnicas de controle proposta para asemisses;
Para realizao de EIA para novosempreendimentos;
Planejamento da ocupaes territoriais;
Para avaliao da influncia das fontespoluidoras em uma determinada regio;
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
Emisses:Coordenadas da fonte; Altura fsica;Dimetro da chamin; Velocidade do gs;Temperatura do gs; Taxa de emisso dogs.
Meteorologia:Direo do vento; Velocidade do ventoClasse de estabilidade de Pasquill;Temperatura ambiente.
Receptores:Coordenadas (x, y);Alturas (z).
Simulao de fenmenos qumicos e fsicos naatmosfera.
Estimao de concentraes de poluentes emreceptores.
Estrutura de um modelo dedisperso:
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
-
8/14/2019 Biologia - Ecologia - Poluio Atmosfrica III - Modelagem de Disperso
4/15
4
Modelagem de disperso em um EIA
Estudo de caso: EIA para ampliao da CST
A simulao da disperso de poluentes atmosfricos foi dividida emdois grupos:
Grupo A: Apenas as fontes adicionais ao processo produtivo da CST,sem as instalaes da coqueria.
Grupo B: As fontes da coqueria, tanto em operao normal quanto sobsituaes que causariam impactos de menor durao mas de maiorimportncia, como manuteno de caldeiras e de turbinas.
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
-
8/14/2019 Biologia - Ecologia - Poluio Atmosfrica III - Modelagem de Disperso
5/15
5
Incremento de concentraes simuladas de PM10 Projeto Ampliao da CST.
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
Incremento de concentraes simuladas de Dixido de Enxofre Projeto Ampliao da CST.
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
-
8/14/2019 Biologia - Ecologia - Poluio Atmosfrica III - Modelagem de Disperso
6/15
6
Incremento de concentraes simuladas de Dixido de Enxofre Projeto COQUERIA Heat Recovery.
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
Incremento de concentraes simuladas de PM10 ProjetoCOQUERIA Heat Recovery.
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
-
8/14/2019 Biologia - Ecologia - Poluio Atmosfrica III - Modelagem de Disperso
7/15
7
Incremento de concentraes simuladas de xidos de Nitrognio Projeto COQUERIA Heat Recovery.
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
O modelo Gaussiano
O modelo gaussiano baseado na idia
de que a distribuio da concentrao deum poluente na direo x (direo dovento), depois de lanado na atmosfera,obedece a uma distribuio gaussiana (ounormal) nas direes z (vertical) e y(horizontal)
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
-
8/14/2019 Biologia - Ecologia - Poluio Atmosfrica III - Modelagem de Disperso
8/15
8
Popularizou-se na dcada de 70;
Muito utilizado para estudos de dispersoatmosfrica;
Considera a taxa de emisso contnua econstante;
Suas limitaes: Considera o vento constante; Considera a topografia plana;
Considera a conservao da massa;
Considera a atmosfera estvel.
O modelo Gaussiano
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
Distribuio Gaussiana (normal)
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
-
8/14/2019 Biologia - Ecologia - Poluio Atmosfrica III - Modelagem de Disperso
9/15
9
Distribuio Gaussiana (normal)
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
O modelo Gaussiano
Z
y
x
(x, -y, Z)
(x, -y, 0)
(x, 0, 0)
hH
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
-
8/14/2019 Biologia - Ecologia - Poluio Atmosfrica III - Modelagem de Disperso
10/15
10
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
-
8/14/2019 Biologia - Ecologia - Poluio Atmosfrica III - Modelagem de Disperso
11/15
11
Formulao matemtica
( )( ) ( )
++
=
2z
2
2z
2
2y
2
zy 2
Hzexp
2
Hzexp
2
yexp
u2
QHz,y,x,C
C = concentrao de poluentes, g/m3;x, y, z = coordenadas cartesianas ou espaciais do ponto onde se
deseja calcular a concentrao do contaminante, m;Q = taxa de emisso de poluentes, g/s;
H = altura efetiva da chamin, m;
= pi, 3,14159;u = velocidade mdia do vento, m/s;
y = desvio padro da concentrao da pluma na direo y, m;
z = desvio padro da concentrao da pluma na direo z, m;exp = base do logaritmo natural, 2,71828183;
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
Classes de estabilidade de Pasquill:
DDDDC>6
DDDC - DC5 6
EDCB CB3 5
FECBA - B2 - 3
--BA - BA 4/8FracaModeradaForte
Frao de coberturade nuvens
noite*
Insolao (radiao solar)Velocidade dovento a 10 m
dasuperfcie
(m/s)
A: extremamente instvel D: neutra
B: moderadamente instvel E: pouco estvel
C: pouco instvel F: moderadamente estvel
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
-
8/14/2019 Biologia - Ecologia - Poluio Atmosfrica III - Modelagem de Disperso
12/15
12
Clculo da velocidade do vento no topo dachamin
u = uo ( h/ho)eOnde:u = velocidade mdia do vento no topo da chamin (m/s);uo = velocidade do vento medida na altura de referncia ho (m/s);h = altura da chamin (m);ho = altura onde a velocidade do vento medida (m);e = expoente emprico;
0,35F
0,30E
0,25D
0,20C
0,15B
0,10A
Constante emprica (e)Classe de estabilidade
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
Altura efetiva da chamin
Os gases contaminantes lanados na atmosfera geralmentepossuem condies fsicas diferentes das encontradas no meioambiente, tais como:
Temperatura de sada dos gases da chamin maior do que atemperatura ambiente (o empuxo favorecido);
Velocidade de sada dos gases da chamin maior do que avelocidade mdia do vento nas imediaes da chamin.
Devido a essas caractersticas, os poluentes lanados naatmosfera possuem uma certa quantidade de movimento inicialcapaz de projeta-los a alturas superiores a altura da chamin.
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
-
8/14/2019 Biologia - Ecologia - Poluio Atmosfrica III - Modelagem de Disperso
13/15
13
Altura efetiva da chamin
H = altura efetiva dachamin;
h = altura da chamin;h = variao da altura
devido quantidadede movimento inicial.
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
Variao da altura de lanamento
+
=
s
ars
T
TT1
u
Vd.h
4,1
s
Onde:
h = variao da altura devido a quantidade de movimento inicial (m);
d = dimetro da chamin, medido no topo (m);Vs = velocidade de sada dos gases no topo da chamin (m/s);u = velocidade mdia do vento medida no topo da chamin (m/s);
Ts = Temperatura dos gases na sada da chamin (K);
Tar = Temperatura do ar atmosfrico nas imediaes da chamin (K).
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
-
8/14/2019 Biologia - Ecologia - Poluio Atmosfrica III - Modelagem de Disperso
14/15
14
Coeficiente de difuso lateral y e zversus distncia da fonte
(10 km)
y=1000m
z=1500m
(10 km)
y (m)
z (m)
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
Algoritmo para uso do modelogaussiano
Etapas para aplicao do modelo gaussiano:
1. Definio das coordenadas cartesianas do ponto onde se desejadescobrir a concentrao do contaminante, (x, y, z);
2. Determinao da classe de estabilidade (classe de Pasquill);
3. Clculo da velocidade do vento no topo da fonte (chamin), u;
4. Clculo da altura efetiva da fonte emissora, H;
5. Clculo dos desvios padres, y e z;
6. Clculo da concentrao do contaminante, C.
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental
-
8/14/2019 Biologia - Ecologia - Poluio Atmosfrica III - Modelagem de Disperso
15/15
Modelagem GaussianaComparao entre classes de estabilidade de Pasquill
Classe A
Classe F
Altura da chamin = 186 m
Ps-Graduao em Eng. Sanitria e AmbientalPs-Graduao em Eng. Sanitria e Ambiental