Estudo de Dispersão Atmosférica

O Estudo de Dispersão Atmosférica (EDA ou modelagem de poluentes atmosféricos) é uma simulação dos processos que governam a dispersão. A dispersão  de poluentes atmosféricos consiste basicamente em transporte, difusão e diluição desses poluentes na atmosfera.  As análises dessas questões demandam softwares específicos para calculas todas as equações físico-químicas envolvidas no processo.  Esses softwares também são chamados de modelos matemáticos, pois reproduzem um modelo de descrição da realidade. Com isso, o Estudo de Dispersão Atmosférica também é chamado de Estudo de Dispersão de Poluentes Atmosféricos, Modelagem de Poluentes Atmosféricos, Modelagem Computacional, Modelagem de Pluma de Poluentes Atmosféricos ou  Modelagem Numérica.

Atualmente, os modelos aceitos pelas agências ambientais brasileiras são o AERMOD e o ISC PRIME. Cada agência ambiental opta por uma maneira específica de configurar cada um deles para o estudo de dispersão atmosférica. Algumas agências possuem anexos de modelagem de dispersão de poluentes com suas regras específicas.

Na maneira como a legislação brasileira é estruturada, a poluição do ar é definida como um problema de competência estadual. Por conta disso, os diversos entes federativos possuem legislação específica e modo de trabalho próprio. Isso demanda uma equipe experiente para conseguir realizar o estudo de forma adequada às exigências do órgão ambiental.  O INEA e a CETESB se destacam pelas rigorosas exigências de controle dos dados meteorológicos.

O ISC-AERMOD View é amplamente utilizado para estimar a concentração de poluentes e sua deposição nas áreas atingidas pelas emissões. Vários tipos de fontes podem ser inseridas no estudo, incluindo fontes volumétricas, pontuais e lineares.

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Dados Meteorológicos para o Estudo de Dispersão Atmosférica

 

Os dados meteorológicos fornecidos são processados utilizando o AERMET e preparados por um meteorologista especializado em  poluição do ar. Os dados são acompanhados por com registro no CREA do meteorologista e emissão específica de ART, enviados ao cliente.

As informações meteorológicas são coletadas nas redes de estações meteorológicas oficiais do Brasil (INMET, REDEMET, CPTEC, INPE). Caso existam redes de dados de superfície e qualidade do ar estaduais, essas também são utilizadas. Essas informações são chamadas de dados de entrada do estudo de dispersão atmosférica.

Os dados meteorológicos utilizados pelo AERMOD  são divididos entre dados de superfície e dados de altitude. Os dados de superfície são responsáveis pela representação das condições termodinâmicas e turbulentas da atmosfera. Os dados de altitude representam as condições de transporte dos poluentes nos diversos níveis atmosféricos.

O estudo de dispersão de poluentes atmosféricos através de modelos (modelagem de poluentes atmosféricos) permite avaliar a influência de fontes selecionadas, a interferência de fontes externas, o impacto de background, o sinergismo entre as fontes e, principalmente, planejar a instalação das empresas, evitando problemas ambientais no futuro.

O estudo de dispersão atmosférica (modelagem de poluentes atmosféricos) utiliza os modelos para descrever as concentrações na pluma de poluentes. Esses modelos utilizam a parametrização de Monin-Obukhov para determinar os níveis de turbulência e a dispersão.  A boa representação da direção e velocidade do vento irá determinar o transporte dos poluentes e as áreas mais atingidas.

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Aspectos da Modelagem de Dispersão de Poluentes Atmosféricos

O AERMOD é um modelo de pluma gaussiana mais utilizados em estudo de dispersão atmosférica, (modelagem de poluentes atmosféricos).

A modelagem de poluentes considera as concentrações obtidas para todas as distâncias como resultados de médias temporais das simulações horárias. O estudo de dispersão atmosférica  apresenta bons resultados com o objetivo de obter a distribuição espacial da poluição.

Na camada limite estável (CLE) a distribuição da concentração é assumida como Gaussiana tanto na horizontal quanto na vertical. Na camada limite convectiva (CLC) a distribuição horizontal é assumida como Gaussiana, enquanto que na vertical a distribuição é descrita com uma função de densidade de probabilidade bi-Gaussiana.

Em geral, o modelo AERMOD é a combinação de dois casos limites: Uma pluma horizontal que impacta no terreno e uma pluma que acompanha o terreno. Para todas as situações, a concentração total por receptor é a soma ponderada dessas duas situações (Figura 1). Essas duas plumas são separadas por uma linha de corrente crítica de altura HC (Figura 2).

Figura 1 – Sistema de análise por dois estágios. A concentração total é dada por uma soma ponderada dos dois estados extremos possíveis da pluma.

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Aspectos da Pluma de Poluentes no Estudo de Dispersão Atmosférica

Em condições convectivas, a distribuição horizontal é Gaussiana, e a distribuição vertical é combinação de três tipos de pluma (que representam, basicamente, os efeitos majoritários em um estudo de dispersão atmosférica): Direta (a pluma está dentro da camada de mistura, mas não interage com o topo da camada), Indireta (a pluma está dentro da camada de mistura, começa a subir e tende a se espalhar perto do topo da camada de mistura) e a Penetrada (a pluma escapa da camada de mistura, penetra em uma camada estável mais elevada e fica flutuando nela).

O AERMOD também pode simular, em situações especiais, uma pluma injetada diretamente nas camadas estáveis da atmosfera. Isso ocorre quando a altura da chaminé é maior do que a altura da camada de mistura. Agora, na maior parte do tempo o estudo de dispersão atmosférica ocorre dentro da camada limite.

A formulação da  camada limite convectiva (CLC) representa um dos mais significantes avanços em comparação com os modelos regulatórios existentes. Ele assume que setores da pluma são emitidos em sequência e se movimentam percorrendo uma sequência convectiva (Figura 3).  Essa formulação é importante no estudo de dispersão atmosférica pois permite identificar os pontos mais distantes que são impactados.

 

Figura 3 – Pluma instantânea e sua respectiva média na CLC.

 

Na CLC a função densidade de probabilidade da velocidade vertical (w) possui um coeficiente de assimetria positivo e resulta em uma distribuição não-Gaussiana da concentração vertical da pluma. A assimetria positiva é consistente com uma ocorrência maior de movimentos descendentes da pluma do que de movimentos ascendentes.

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Aspectos do Modelo Computacional

No tratamento matemático utilizado pelo AERMOD, a pluma direta é a que primeiro toca no solo e possui reflexões subsequentes entre o nível do solo e o topo da camada de mistura. Essa movimentação é essencial para determinar as áreas de impacto no estudo de dispersão atmosférica.

Uma fonte indireta é incluída sobre a camada de mistura para calcular a posição inicial da quase-reflexão do material da pluma que não penetrou na camada estável em altitude. Essa fonte é chamada de indireta, pois não é uma imagem da fonte verdadeira (como ocorre em modelos como o ISC), a pluma não é refletida perfeitamente no topo da camada de mistura, por isso, a fonte indireta trata a porção da massa da pluma que primeiro toca no topo da camada de mistura e suas reflexões subsequentes.

Vale ressaltar que a pluma indireta é um produto matemático para a representação computacional utilizada no estudo de dispersão atmosférica.

A ascensão da pluma é adicionada ao atraso da dispersão descendente do material do topo da CBL. A fonte (ou pluma) penetrada é incluída na conta do material que inicialmente penetrou na camada estável em altitude, mas foi subsequentemente re-entranhada e dispersada pela CBL (Figura 4).

Figura 4 – Tratamento matemático utilizado pelo AERMOD da pluma real na CLC.

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Observações no Estudo de Dispersão de Poluentes Atmosféricos

No estudo de dispersão atmosférica a consideração mais importante é determinar  onde essa pluma toca ao solo. Isso determina o impacto na qualidade do ar que as pessoas, a vegetação e os animais efetivamente respiram.

estudo de dispersão atmosférica é uma importante ferramente nos estágios iniciais do licenciamento ambiental. A contratação de bons profissionais ajudará a eliminar muitos problemas poupando o trabalho da equipe de engenharia do projeto.

Os órgãos ambientais avaliam o estudo de dispersão atmosférica com muito rigor, por isso, só contrate profissionais qualificados e registrados no CREA.

A execução do estudo de dispersão atmosférica ainda nos estágios iniciais de desenvolvimento do projeto economiza tempo e dinheiro.  Nesse estágio, o estudo de dispersão atmosférica pode ser utilizado para escolher local, prédios e altura de chaminé, economizando muitas horas de engenharia.

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