Filtros Tipo Manga Na Redução De Material Particulado
Por João Carlos Mucciacito; Da
Edição Nº 65 - Novembro/Dezembro de 2013 - Ano 12
A atmosfera é um meio em constante transformação, uma vez que as mudanças em suas camadas têm uma profunda relação com as alterações climáticas do planeta
A atmosfera é um meio em constante transformação, uma vez que as mudanças em suas camadas têm uma profunda relação com as alterações climáticas do planeta. Segundo João Carlos Mucciacito, químico da CETESB, orientador e professor do curso de Engenharia Ambiental FAENG/CUFSA, esta tem recebido grande atenção por parte de pesquisadores e governantes de diversas nações, visto que a intervenção humana, por muitas vezes, altera a composição química original de diversas substâncias, gerando assim, através de aerossóis e poluentes gasosos, os gases de efeito estufa.
"Poluente atmosférico é toda e qualquer forma de matéria ou energia com intensidade e em quantidade, concentração, tempo ou características em desacordo com os níveis estabelecidos em legislação, e que tornem ou possam tornar o ar impróprio, nocivo ou ofensivo à saúde, inconveniente ao bem estar público, danoso aos materiais, à fauna ou à flora ou prejudicial à segurança ao uso e gozo da propriedade e às atividades normais da comunidade", afirma João Carlos Mucciacito.
Na Região Metropolitana de São Paulo – RMSP, o crescimento desordenado verificado na Capital e nos municípios vizinhos, especialmente na região do ABC, a partir da 2ª Guerra Mundial, levou à instalação de indústrias de grande porte, sem que houvesse a preocupação com o controle das emissões de poluentes atmosféricos (CETESB, 2011). O acelerado crescimento urbano e industrial brasileiro resultou no progressivo e decorrente aumento da poluição atmosférica, principalmente nas regiões metropolitanas. Considerando os reflexos negativos sobre a sociedade, bem como os impactos econômicos e ambientais, foram estabelecidos limites máximos para a emissão de poluentes por fonte poluidora, com o objetivo de minimizar os impactos sobre a qualidade do ar, a fim de proteger a saúde e o bem estar da população (CETESB, 2011).
Objetivo geral
Em função da importância da qualidade do ar para a vida dos seres humanos e para o meio ambiente, identifica-se a necessidade de avaliar o impacto ambiental causado pela emissão atmosférica proveniente de fontes industriais em áreas urbanas. No presente trabalho foi selecionada uma atividade industrial com potencial de poluição do ar por material particulado, para análise da microrregião e do seu entorno. Com base no levantamento de dados secundários que serão obtidos de emissão e de processo da indústria de estudo, objetiva-se avaliar a contribuição desta empresa na degradação da qualidade do ar no raio de 5 km do empreendimento, utilizando para tanto, o modelo matemático de dispersão atmosférica como instrumento para o referente estudo.
Objetivos específicos
Avaliar a eficiência do equipamento de controle de poluição atmosférica (Filtro Manga) para material particulado (MP) verificando se o mesmo opera conforme estabelecido em projeto. Avaliar o impacto ambiental proveniente da emissão de material particulado (MP) na produção de pneumáticos, e verificar a sua contribuição na área de influência da empresa, a partir do estudo da dispersão atmosférica, apresentado em mapa de isoconcentração e comparação com o Padrão de Qualidade do AR – PQAR.
Área de estudo
A área de estudo localiza-se no município de Santo André/SP, região metropolitana de São Paulo. O clima do referido município é classificado pela tabela Koppen (1954) como área subtropical úmida, com inverno moderadamente seco e verão quente e úmido. Possui ainda extensão territorial superior a 80.000 km² e está situada em uma região de topografia quase plana no Grande ABC.
Caracterização da microrregião
A industrialização do município de Santo André ocorreu no inicio do século XX e vinculou o território estrategicamente à várzea do rio Tamanduateí e à ferrovia (antiga Santos-Jundiaí), possibilitando assim, o transporte de produtos para o Porto de Santos. Isto transformou o município em um dos principais polos industriais brasileiros. Os estímulos fiscais e as facilidades de comunicação com a baixada Santista e com a Capital são alguns fatores que podem explicar o rápido crescimento do parque industrial de Santo André (PREFEITURA DE SANTO ANDRÉ, 2012).
Amostragem das fontes estacionárias
O monitoramento compreendeu a quantificação dos parâmetros de concentração, taxa de emissão, velocidade, vazão, temperatura e umidade do efluente gasoso. A amostragem em cada fonte estacionária contemplou a extração de uma alíquota com volume conhecido, de maneira a se determinar a quantidade total de material particulado. As coletas foram realizadas utilizando-se um equipamento denominado de Coletor Isocinético de Poluentes Atmosféricos, e simultaneamente às coletas, foi determinada a velocidade de escoamento dos gases no interior da chaminé, utilizando-se um tubo de Pitot e um Termopar. A figura 1 apresenta o Coletor Isocinético de Poluentes Atmosféricos, obtida durante o procedimento de amostragem da chaminé. As análises foram realizadas por técnica gravimétrica para quantificação em massa do material particulado presente na amostra.
A concentração foi obtida pela relação entre a massa do composto fornecido pela análise laboratorial e o volume de gás amostrado totalizado no gasômetro. Tanto o gasômetro quanto o tubo de Pitot foram calibrados no órgão ambiental estadual CETESB. Para a metodologia da coleta, foram utilizadas as Normas Técnicas da CETESB, conforme apresentado no quadro 1.
Estudo de dispersão atmosférica
Para elaboração do estudo utilizou-se o modelo matemático AERMOD (MAS/EPA Regulatory Model), referenciado pela EPA (Environmental Protection Agency). Este é um modelo do tipo STEADY-STATE, cuja equação básica se fundamenta na distribuição gaussiana. É indicado para distâncias menores que 50 km e poluentes não reativos em terrenos simples e complexos.
O AERMOD possui três componentes:
• AERMOD - modelo de dispersão;
• AERMAP - processamento do terreno;
• AERMET - pré-processador de dados meteorológicos.
Para elaboração do estudo foram necessários os seguintes dados:
• Meteorológicos: os indicadores climáticos e parâmetros meteorológicos possuem um efeito importante no transporte e dispersão de poluentes atmosféricos. São necessários os seguintes dados: sumário da estabilidade atmosférica; temperatura ambiente; altura da camada de mistura; direção e velocidade dos ventos.
• Topográficos: a topografia da região é fundamental para avaliação do efeito do relevo sobre a ventilação do sítio.
• Fontes emissoras: identificação, características físicas da fonte e do efluente, coordenadas horizontais e taxa de emissão de cada poluente.
• Parâmetros de controle: as informações das fontes emissoras foram obtidas no relatório de amostragem da chaminé.
Material particulado
As partículas sólidas ou líquidas presentes na atmosfera são denominadas Material Particulado (MP) e sua quantificação (massa) suspensa no ar é conhecida como Material Particulado Total em Suspensão (MPTS), sendo constituída por uma medida de massa total por unidade de volume, normalmente expressa em unidade de µg/m³ para avaliação do Padrão de Qualidade do Ar – PQAR e mg/Nm3 para o fator de emissão em fontes estacionárias. Em grandes concentrações o MP pode causar danos direta e/ou indiretamente à saúde, materiais, propriedades da atmosfera, vegetação e economia (DERISIO, 2012).
As concentrações, as distribuições por tamanho, bem como a composição química das partículas na atmosfera dependem basicamente da distância da(s) fonte(s), dos fatores meteorológicos e das reações químicas.
O MP atmosférico é um material de característica heterogênea e as partículas emitidas para a atmosfera podem ainda ser classificadas em inorgânicas e orgânicas (MUCCIACITO, 2005; APUD MANAHAN, 1994; MARQUES, 2000).
As partículas inaláveis inferiores a 10 µm (MP10) ficam retidas no trato respiratório superior, enquanto que as menores que 2,5 µm possuem grande potencial para atingir os pulmões e lá ficarem retidas, provocando dano à saúde do receptor. O MP10, resulta de emissões de uma grande variedade de fontes e são emitidas diretamente por aerossóis primários ou são formadas na atmosfera por processo de conversão gás-partícula como aerossol secundário (MUCCIACITO 2005)
As partículas menores que 2,5 µm de diâmetro são conhecidas como finas, e as maiores como grossas. Essa classificação difere grupos bem característicos, pois a distinção dos grupos ocorre na análise das fontes, dos processos de remoção da atmosfera, propriedades óticas, composição química, bem como na atuação no sistema respiratório.
Negro de fumo
É um pigmento preto e versátil composto por 99,5% de carbono amorfo com partículas de diferentes níveis de tamanhos e com estruturas variáveis, permitindo desta forma, atender a distintas necessidades de desempenho em cada aplicação. Pode apresentar diversas propriedades tais como: pigmentação, absorvedor de UV, modificador de propriedades mecânicas, condutividade térmica e elétrica, doador de carbono e redutor (CABOT, 2012).
Qualidade do ar
O grau de contaminação do ar é avaliado pela quantidade e qualidade das substâncias que o tornam nocivo à saúde pública e prejudicial aos materiais, à fauna e à flora. As formas de absorção de substâncias indesejáveis pelos seres vivos podem ocorrer de duas maneiras: direta que é a própria exposição a uma concentração conhecida em um determinado tempo ou indireta que consiste na ingestão de água e/ou alimentos contaminados por essa mesma substância advinda da área de influência de uma fonte geradora.
As substâncias desprendidas para o ar atmosférico (emissão) se espalham (transmissão) e podem acabar agindo sobre o homem, os animais e as plantas (imissão). Como entre emissão e imissão decorre certo lapso de tempo em que se processa a propagação do contaminante, a concentração ativa, da substância nociva no local da imissão, não pode ser mais tão elevada como no local da emissão (FELLENBERG, 1980).
Classificar os poluentes, segundo a sua origem, é útil quando a finalidade é conhecer as fontes de poluição, para encontrá-las. Mas, se o objetivo é estudar o efeito desses poluentes sobre as pessoas ou ambientes naturais, é necessário classificá-los de acordo com sua composição química (BRANCO, 2004).
No Brasil não há um padrão de qualidade do ar para o MP2,5. A CETESB – Companhia Ambiental do Estado de São Paulo, com o intuito de avaliar de forma mais sistemática os níveis desse parâmetro na RMSP, iniciou, a partir de 2000, o monitoramento das partículas inaláveis finas (MP2,5) e grossas (MP2,5-10) (CETESB, 2008).
As condições meteorológicas influenciam a qualidade do ar mesmo mantendo as emissões, determinando maior ou menor diluição dos poluentes. Esse comportamento correlaciona-se com a qualidade do ar, piorando-o com relação aos parâmetros monóxido de carbono, material particulado e dióxido de enxofre, principalmente durante os meses de inverno, quando as condições meteorológicas são mais desfavoráveis à dispersão dos poluentes (DERISIO, 2012).
Amostradores da qualidade do ar
Segundo João Carlos Mucciacito, existem atualmente amostradores classificados como:
• Passivos (ou estáticos): através destes, estimativas ou efeitos de poluentes são determinados por meio de amostragens de longo período (semanais ou mensais) Usualmente fornecem uma medida qualitativa do ar no local;
• Manuais (ou intermitente): são equipamentos a partir dos quais as concentrações de poluentes são determinadas por métodos manuais ou semiautomáticos, baseando-se em amostras coletadas que seguem uma rotina fixa de amostragens, mas que depende de um operador no inicio e/ou no final dos processos de amostragens;
• Instrumentais ou contínuos: estes equipamentos permitem que as concentrações de poluente sejam determinadas por métodos automáticos continuamente e em geral estão ligados a um sistema de aquisição de dados, que envia os dados para serem registrados em um computador.
No presente estudo foi utilizado um amostrador manual intermitente, e as coletas foram feitas por um Coletor Isocinético de Poluentes Atmosféricos, ligado simultaneamente a um tubo de Pitot e um Termopar, que coletaram as informações relativas à velocidade de escoamento dos gases no interior da chaminé.
Modelo de dispersão de poluentes atmosféricos
O modelo de dispersão atmosférica é uma representação matemática dos processos de transporte e difusão que ocorrem na atmosfera. O referido procedimento é capaz de estimar a concentração de um determinado poluente em um receptor localizado no espaço, a partir do movimento de uma pluma (DERISIO, 2012).
As condições meteorológicas são fatores fundamentais para a dispersão dos poluentes na atmosfera. São consideradas variáveis de grande importância: a direção e velocidade do vento, temperatura atmosférica e as condições de turbulência. Em determinados dias essas condições podem ser favoráveis à dispersão dos poluentes, e, em outros podem ser desfavoráveis, retendo poluentes próximos ao local de emissão, situação em que haverá um maior nível de concentração (DERISIO, 2012).
Para a análise da dispersão de um poluente, devem-se considerar alguns fatores relativos à fonte de emissão, altitude, velocidade, temperatura e topografia.
O nível de concentração de poluentes é um requisito indispensável para determinar quais os possíveis danos a serem provocados por novas fontes ou até mesmo por fontes existentes que serão modificadas. Neste contexto, a modelagem matemática é uma ferramenta importante para obtenção dessas previsões.
A figura 2 representa um esquema básico de um modelo de dispersão atmosférica. Os modelos de dispersão atmosférica descrevem, matematicamente, as simulações numéricas do processo de dispersão de poluentes emitidos por fontes industriais, bem como o comportamento de gases e partículas presentes na atmosfera que podem, em função das intempéries sofrer transformações físicas e/ou químicas. É importante observar que esses modelos têm como objetivo reproduzir o que realmente ocorre na atmosfera (DERISIO, 2012).
As simulações realizadas pelo modelo matemático de dispersão de poluentes atmosféricos permitem estimar as máximas concentrações em relação ao nível do solo, dos poluentes emitidos pelos dutos e/ou chaminés, nos diversos receptores localizados no entorno das fontes de emissões e do empreendimento.
No presente trabalho foi utilizado um modelo matemático cuja equação básica se fundamenta na distribuição gaussiana. O referido modelo permite calcular em qualquer ponto do espaço tridimensional o valor da concentração de poluente em função da quantidade de produto emitido, da altura da liberação, da velocidade do vento e da estabilidade atmosférica. A pluma se forma e se espalha na atmosfera, e sua distribuição é caracterizada por ter um valor máximo no ponto central que é 10% maior em relação à borda da pluma. O desvio padrão mede a dispersão da concentração em torno da média (μ) (MEDEIROS, 2003).
A maioria dos modelos de dispersão de pluma baseia-se na teoria estatística de Gauss. Os referidos modelos são baseados na forma de decaimento da função, ou seja, são utilizados em fontes pontuais para estimar os impactos e as concentrações de poluentes não reativos. O modelo de dispersão da Pluma Gaussiana é o método mais confiável para calcular as concentrações de poluentes no ar (MEDEIROS, 2003). O modelo Gaussiano é baseado em uma fonte contínua de emissão Q (g/s), localizada a uma altura h(m) do nível do solo, que emite poluentes para a atmosfera em que a velocidade do vento é u (m/s) (EAGLEMAN, 1991).
A equação 1 é baseada na teoria estatística de Gauss, que compreende a concentração de um poluente nas coordenadas x, y e z, emitido por uma fonte contínua, onde:
C(x,y,z) = concentração na direção do vento no nível do solo (g/m³);
S = intensidade da fonte pontual;
σy e σz = desvio padrão da pluma (m);
U = velocidade do vento (m/s);
x,y,z = distância (m);
H = altura efetiva da pluma (m).
Os poluentes são emitidos para a atmosfera a uma altura efetiva H(m), que corresponde à altura h(m) somada à altura de elevação da pluma (hel), quando essa é lançada para a atmosfera (MEDEIROS, 2003).
É definido um eixo de coordenadas que descreve a concentração de poluentes no espaço. Por definição, o eixo x coincide com a direção do percurso da pluma (direção do vento). A direção y está na direção horizontal perpendicular a x, e a direção z está na direção vertical (MEDEIROS, 2003).
Índice de qualidade do ar
Os padrões de qualidade do ar definem legalmente os limites máximos para a concentração de um poluente na atmosfera, em um determinado período de tempo. Esses padrões são baseados em estudos científicos, cujos efeitos produzidos por poluentes específicos são fixados em níveis que possam propiciar uma margem de segurança adequada (CETESB, 2012). A tabela 1 apresenta os padrões nacionais para MP, estabelecidos pelo BAMA - Instituto Brasileiro de Meio Ambiente e Recursos Naturais Renováveis e aprovados pelo CONAMA - Conselho Nacional de Meio Ambiente, por meio da Resolução CONAMA nº 03 de 28 de junho de 1990.
Índices CETESB
O índice de qualidade do ar é uma ferramenta matemática desenvolvida para simplificar o processo de divulgação destes dados.
Atualmente o índice que vem sendo usado pela CETESB, desde 1981, foi concebido com base no PSI – Pollutant Standarts Index, cujo desenvolvimento se baseou numa experiência de vários anos nos Estados Unidos e Canadá (LISBOA e KAWANO, 2007).
Uma mesma concentração de um poluente pode levar à condição "regular" em um determinado país e à condição "inadequada" em outro, isto se dá por que as faixas de escala e os padrões de qualidade podem variar de acordo com a localidade (MUCCIACITO, 2005).
Os poluentes contemplados pela estrutura do índice da CETESB são dióxidos de enxofre, partículas totais em suspensão, partículas inaláveis, fumaça, monóxido de carbono, ozônio e dióxido de nitrogênio.
O valor do índice é calculado conforme mostrado na equação 2, que consiste em uma interpolação linear.
Ip = Isup - Iinf (Cp - PIinf) + Iinf
_____________________________________
PIsup - PIinf
Onde:
I = Índice (adimensional);
C = Concentração medida (μg/m3 ou ppm);
PI = Limites de concentração para determinada faixa de classificação (μg/m3 ou ppm);
P = Poluente;
Sup = Superior;
Inf = Inferior.
Para cada poluente medido é calculado um índice. Através do valor obtido o ar recebe uma qualificação, que é uma espécie de nota. A tabela 2 foi adaptada e apresenta somente os índices da qualidade do ar relevante ao presente estudo.
Processo produtivo
A produção de pneumáticos é composta de várias etapas:
1) Confecção de massa: dosagem das principais matérias-primas e ingredientes que compõem o pneu;
2) Confecção de semi-pronto: fabricação dos materiais de base para a montagem do pneu como flanco, liner, bordo metálico, tela de carcaça, cinturas, banda de rodagem, frisos, tecido têxtil e tecido metálico;
3) Confecção do pneu: recebimento da massa e semi-pronto para montagem de todos os componentes do pneu, sendo subdividido em duas fases que são realizadas concomitantemente. Na 1ª fase é montado o flanco, liner, bordo metálico, tela de carcaça e frisos. Na 2ª fase são montadas as 4 cinturas e a banda de rodagem. Na fase final é feita a sobreposição das duas estruturas, formação e roletagem da carcaça;
4) Vulcanização: combinação de temperatura, pressão e tempo em que a carcaça crua é comprimida contra o molde para assumir a forma desejada, utilizando vapor d’água como fonte de calor.
5) Acabamento: são realizados controles visuais, geométricos e de força em 100% dos pneus (raio-x, inspeção visual e controle de uniformidade).
6) Expedição: após a validação da qualidade, o pneu segue para o armazém onde é estocado para posterior envio aos revendedores autorizados.
É na etapa de confecção de massas que estão localizadas as principais fontes de poluição atmosférica.
A figura 3 apresenta o fluxograma do processo produtivo de pneumáticos, que se destaca a etapa de confecção de massa, objeto de estudo.
Confecção de massa
Essa é a etapa inicial do processo produtivo, em que é produzida a massa da borracha que será utilizada nas demais etapas da produção de pneus.
Nessa área é feita a mistura dos principais componentes do pneu em um misturador fechado denominado Banbury. A dosagem de cada ingrediente é feita de acordo com o tipo do pneu produzido. A fusão dos componentes ou processo de plastificação é realizada por três fatores: trabalho mecânico, calor e ação química.
O processo de produção da massa se desenvolve em duas fases, ambas realizadas no misturador tipo Banbury. A figura 4 apresenta o corpo principal deste equipamento e as entradas de matérias-primas.
Na primeira fase, conhecida como Empaste, são dosadas as seguintes matérias-primas: borracha natural e/ou sintética, negro de fumo, óleo plastificante e ingredientes químicos como: cargas reforçantes, acelerantes, retardantes, ativantes e antioxidantes.
A segunda fase é a confecção da massa propriamente dita, onde são dosados no Banbury o empaste produzido na primeira fase e ingredientes químicos (enxofre e agentes vulcanizantes).
As cargas reforçantes servem para melhorar as características físico-mecânicas da borracha vulcanizada.
O óleo plastificante tem por objetivo aumentar a plasticidade da mistura, favorecendo o trabalho de calandragem e trefilagem. Os agentes vulcanizantes auxiliam no processo de vulcanização da mistura, sendo o enxofre o principal elemento. Os acelerantes ou catalizadores aceleram a combinação entre o enxofre e a borracha. Os retardantes são utilizados para evitar a queima da mistura. Os ativantes melhoram a ação dos acelerantes, ex.: óxido de zinco, ácido esteárico, etc. Os antienvelhecentes e antioxidantes protegem a borracha contra a ação do oxigênio.
No processo de confecção do empaste e da massa que há maior concentração de MP, principalmente na dosagem do negro de fumo. Todos os equipamentos dessa parte do processo não recebem nenhum tipo de combustível, funcionam com energia elétrica e são submetidos a processos contínuos.
Fontes de emissão atmosférica e sistema de controle
As principais fontes de emissão atmosférica oriundas do processo de produção de pneumáticos estão concentradas na etapa de confecção da massa.
Durante a dosagem das matérias-primas (negro de fumo, acelerantes, retardantes e enxofre), há dispersão de pó que é captado pelo sistema de exaustão e direcionado por dutos até o equipamento de controle atmosférico (ciclone e filtro manga). Na indústria em estudo há 8 Banburys que operam com diferentes receitas de massa. Em alguns não há dosagem de pó, pois estes realizam apenas o repasse da massa de borracha já confeccionada. O quadro 2 apresenta as características da fonte de emissão e do equipamento de controle de poluição no processo de confecção de massa.
O sistema de controle de poluição atmosférica é composto por pré-coletor tipo ciclone e filtro tipo manga.
O filtro manga é composto por plenum superior, corpo central e moega de recolhimento. Opera em condições rígidas e contínuas, sendo dotado de sistema automático de limpeza das mangas filtrantes (Ventec, 2008). Os sólidos transportados pelo meio gasoso, por sucção ou pressão, entram pela parte inferior do filtro (moega), dimensionada no sentido de evitar o choque direto do particulado com as mangas, assim como, reduzir a velocidade do fluxo e precipitar, por efeito de gravidade, o particulado de maior granulometria. O ar, ainda contaminado, é conduzido para o interior do corpo central e forçado a passar pelas mangas filtrantes (retenção do particulado ainda em suspensão), dispostas verticalmente e sustentadas pelas gaiolas e colarinhos. Desta forma, os sólidos em suspensão ficam retidos na parte externa das mangas e os gases, já limpos, no interior das mangas, passam para o plenum através dos venturis e daí para o ventilador (sistema sob sucção). As mangas de filtragem são montadas sobre gaiolas aramadas, dotadas em sua extremidade superior de um Venturi, cuja finalidade é provocar a aceleração do ar comprimido de limpeza quando injetado no interior de cada manga.
O manômetro diferencial em "U" indica a diferença de pressão (perda de carga) entre a câmara de gases limpos (plenum) e a câmara de gases contaminados (corpo central), identificando a saturação das mangas ou possíveis desvios na operação. Estas duas câmaras são separadas entre si, pelo espelho e unicamente conectadas através dos elementos filtrantes.
O processo de limpeza consiste fundamentalmente na injeção de ar comprimido no interior das mangas, proporcionado por programador sequencial eletrônico que é acionado por tempo ou por diferença de pressão no filtro manga. O ar comprimido proveniente da câmara de acumulação é liberado pelas válvulas, de forma sequencial em cada uma das filas de mangas. Isso provoca uma onda de choque com consequente expansão, provocando a desagregação do material particulado acumulado em sua superfície externa, o qual naturalmente é depositado na moega de recolhimento. A figura 5 apresenta a estrutura do equipamento filtro manga.
Amostragem em chaminé
Para o presente estudo foram amostradas 4 fontes significativas de poluição atmosférica.
As tabelas 3.1 e 3.2 apresentam as fontes de emissão atmosférica amostradas e os respectivos resultados da amostragem da chaminé. Das quatro fontes amostradas, a que apresentou o melhor resultado para o parâmetro MP foi a nº 105 - Filtro Manga Banbury 6.
A fonte nº 107 - Exaustão Blendizador Banbury 6, apesar de ter apresentado um resultado alto, se comparado à fonte nº 105, esse resultado foi satisfatório para o parâmetro MP, uma vez que esta fonte não possui equipamento de filtro manga, apenas exaustão.
As fontes nº 114 - Filtro Manga Banbury 3 e nº 117 – Filtro Manga Banbury 5, foram as duas fontes que apresentaram resultado mais elevado para o parâmetro MP.
Verificando-se o sistema de controle dessas duas fontes, constatou-se que a fonte nº 114, no período de amostragem, estava com a pressão diferencial (perda de carga) elevada, conforme apresentado na figura 6. O parâmetro operacional estava acima do limite de 180 mmCA. Esta situação ocorreu porque as mangas estavam saturadas, o que prejudica a eficiência do sistema de controle. A figura 7 mostra o nível de saturação dessas mangas pela janela de inspeção.
No processo industrial da fonte nº 117 não há dosagem de negro de fumo, pois o misturador que dá origem a essa fonte realiza apenas o repasse do empaste e da massa. Com isso, os resultados deveriam ser satisfatórios. No entanto, ao verificar o gráfico do diferencial de pressão, constatou-se que no período de amostragem da chaminé, o parâmetro do diferencial de pressão estava abaixo da faixa ideal de 60 a 180 mmCA, conforme apresentado na figura 8. Este desvio ocorreu por falha operacional na manutenção preventiva que, posteriormente detectou que 40% das gaiolas que sustentam as mangas estavam quebradas, o que ocasionou diversos furos nas mangas. Nesta situação não há perda de carga na câmara suja por não haver resistência da pressão interna da manga, ou seja, há um equilíbrio entre as pressões das câmeras suja e limpa, onde o diferencial de pressão fica próximo do zero.
Outro fator importante na análise dos resultados das amostragens é a verificação do parâmetro de vazão definido em projeto, pois este influencia diretamente na eficiência do equipamento de controle. Na tabela 4 observamos que a fonte nº 105 apresentou vazão abaixo do valor determinado em projeto, e ao ser investigada constatou-se que o "dumper" estava muito fechado. Já a fonte nº 114 estava acima da vazão de projeto. Isso ocorreu por conta de mangas furadas que diminuiu a resistência de pressão na câmara suja.
Estudo de dispersão atmosférica
Os dados da superfície foram obtidos da estação do aeroporto de Congonhas e os dados de ar superior do aeroporto do Campo de Marte por se tratarem de dados oficiais. Foram utilizados para o estudo 5 anos de dados meteorológicos no de 2007 a 2011. As tabelas 5 e 6 apresentam as médias anuais deste período para os parâmetros de temperatura, velocidade e direção dos ventos. A estação do Aeroporto de Congonhas está localizada a 15 km em linha reta da indústria e a estação do Campo de Marte a 21 km.
A topografia de um modo geral não compromete o processo de dispersão e transporte de poluentes nas vizinhanças do empreendimento. A altitude média oscila entre 750 e 800 m. Foi utilizado para o estudo um GRID250 cartesiano uniforme com 5 km de lado e espaçamento de 250 m. As figuras 9 e 10 apresentam a rosa dos ventos elaborada a partir dos dados meteorológicos.
Durante o período diurno existe uma rotação que vai se intensificando para ventos originados de SSE e SE, e as velocidades médias são mais elevadas. No início do período noturno, este vento de SSE e SE diminui acentuadamente e a direção do vento de WNW começa a se intensificar. A tabela 7 apresenta as máximas concentrações e as respectivas coordenadas obtidas na simulação para PTS para o período de 24 horas.
Observando a curva de isoconcentração de PTS na figura 11, a máxima concentração atingida pela emissão das fontes durante o período de 24 horas foi de 100,10 µg/m³ nas coordenadas UTM 346.616,96E; 7.382.440,27N, representando 58% abaixo dos padrões de qualidade do ar estabelecidos na legislação vigente. O resultado da modelagem foi comparado com o padrão de qualidade do ar para PTS, estabelecido na Resolução CONAMA nº 3 de 28 de junho de 1990.
Considerações finais
O estudo de dispersão atmosférica apresentou concentrações abaixo do PQAR - Padrão de Qualidade do Ar para MP. Contudo, há de se considerar que, mesmo a pluma apresentando concentrações abaixo do PQAR, esta extrapola os limites da indústria e afeta indiretamente o seu entorno, pois além da saúde humana, deve-se considerar os efeitos adversos do material particulado no bem estar da população, principalmente os aspectos estéticos, a produção de corrosão e sujeira em superfícies. De modo geral, observa-se que os impactos (maiores concentrações) ocorrem na área da unidade e nas suas proximidades.
Não há padrão legal para o fator de emissão de MP oriundo do processo de produção de pneumáticos. Porém, ao comparar os resultados da amostragem de chaminé com os limites de emissão para poluentes atmosféricos provenientes de processos de refinarias de petróleo, estabelecidos na Resolução Conama nº 436 de 2011, apresentado na tabela 8, concluiu-se que os valores são relativamente baixos.
Embora o resultado da dispersão atmosférica atenda ao limite do PQAR, os resultados das amostragens nas chaminés constataram que o equipamento de controle de poluição atmosférica não possui eficiência satisfatória, pois não opera conforme definido em projeto.
Portanto, um sistema de controle de poluição atmosférica não é simplesmente aquele que atende a legislação aplicável, e sim que extrapola esses limites, considerando o contexto em que está inserida a organização com foco na qualidade e eficiência da operação.
"Poluente atmosférico é toda e qualquer forma de matéria ou energia com intensidade e em quantidade, concentração, tempo ou características em desacordo com os níveis estabelecidos em legislação, e que tornem ou possam tornar o ar impróprio, nocivo ou ofensivo à saúde, inconveniente ao bem estar público, danoso aos materiais, à fauna ou à flora ou prejudicial à segurança ao uso e gozo da propriedade e às atividades normais da comunidade", afirma João Carlos Mucciacito.
Na Região Metropolitana de São Paulo – RMSP, o crescimento desordenado verificado na Capital e nos municípios vizinhos, especialmente na região do ABC, a partir da 2ª Guerra Mundial, levou à instalação de indústrias de grande porte, sem que houvesse a preocupação com o controle das emissões de poluentes atmosféricos (CETESB, 2011). O acelerado crescimento urbano e industrial brasileiro resultou no progressivo e decorrente aumento da poluição atmosférica, principalmente nas regiões metropolitanas. Considerando os reflexos negativos sobre a sociedade, bem como os impactos econômicos e ambientais, foram estabelecidos limites máximos para a emissão de poluentes por fonte poluidora, com o objetivo de minimizar os impactos sobre a qualidade do ar, a fim de proteger a saúde e o bem estar da população (CETESB, 2011).
Objetivo geral
Em função da importância da qualidade do ar para a vida dos seres humanos e para o meio ambiente, identifica-se a necessidade de avaliar o impacto ambiental causado pela emissão atmosférica proveniente de fontes industriais em áreas urbanas. No presente trabalho foi selecionada uma atividade industrial com potencial de poluição do ar por material particulado, para análise da microrregião e do seu entorno. Com base no levantamento de dados secundários que serão obtidos de emissão e de processo da indústria de estudo, objetiva-se avaliar a contribuição desta empresa na degradação da qualidade do ar no raio de 5 km do empreendimento, utilizando para tanto, o modelo matemático de dispersão atmosférica como instrumento para o referente estudo.
Objetivos específicos
Avaliar a eficiência do equipamento de controle de poluição atmosférica (Filtro Manga) para material particulado (MP) verificando se o mesmo opera conforme estabelecido em projeto. Avaliar o impacto ambiental proveniente da emissão de material particulado (MP) na produção de pneumáticos, e verificar a sua contribuição na área de influência da empresa, a partir do estudo da dispersão atmosférica, apresentado em mapa de isoconcentração e comparação com o Padrão de Qualidade do AR – PQAR.
Área de estudo
A área de estudo localiza-se no município de Santo André/SP, região metropolitana de São Paulo. O clima do referido município é classificado pela tabela Koppen (1954) como área subtropical úmida, com inverno moderadamente seco e verão quente e úmido. Possui ainda extensão territorial superior a 80.000 km² e está situada em uma região de topografia quase plana no Grande ABC.
Caracterização da microrregião
A industrialização do município de Santo André ocorreu no inicio do século XX e vinculou o território estrategicamente à várzea do rio Tamanduateí e à ferrovia (antiga Santos-Jundiaí), possibilitando assim, o transporte de produtos para o Porto de Santos. Isto transformou o município em um dos principais polos industriais brasileiros. Os estímulos fiscais e as facilidades de comunicação com a baixada Santista e com a Capital são alguns fatores que podem explicar o rápido crescimento do parque industrial de Santo André (PREFEITURA DE SANTO ANDRÉ, 2012).
Amostragem das fontes estacionárias
O monitoramento compreendeu a quantificação dos parâmetros de concentração, taxa de emissão, velocidade, vazão, temperatura e umidade do efluente gasoso. A amostragem em cada fonte estacionária contemplou a extração de uma alíquota com volume conhecido, de maneira a se determinar a quantidade total de material particulado. As coletas foram realizadas utilizando-se um equipamento denominado de Coletor Isocinético de Poluentes Atmosféricos, e simultaneamente às coletas, foi determinada a velocidade de escoamento dos gases no interior da chaminé, utilizando-se um tubo de Pitot e um Termopar. A figura 1 apresenta o Coletor Isocinético de Poluentes Atmosféricos, obtida durante o procedimento de amostragem da chaminé. As análises foram realizadas por técnica gravimétrica para quantificação em massa do material particulado presente na amostra.
A concentração foi obtida pela relação entre a massa do composto fornecido pela análise laboratorial e o volume de gás amostrado totalizado no gasômetro. Tanto o gasômetro quanto o tubo de Pitot foram calibrados no órgão ambiental estadual CETESB. Para a metodologia da coleta, foram utilizadas as Normas Técnicas da CETESB, conforme apresentado no quadro 1.
Estudo de dispersão atmosférica
Para elaboração do estudo utilizou-se o modelo matemático AERMOD (MAS/EPA Regulatory Model), referenciado pela EPA (Environmental Protection Agency). Este é um modelo do tipo STEADY-STATE, cuja equação básica se fundamenta na distribuição gaussiana. É indicado para distâncias menores que 50 km e poluentes não reativos em terrenos simples e complexos.
O AERMOD possui três componentes:
• AERMOD - modelo de dispersão;
• AERMAP - processamento do terreno;
• AERMET - pré-processador de dados meteorológicos.
Para elaboração do estudo foram necessários os seguintes dados:
• Meteorológicos: os indicadores climáticos e parâmetros meteorológicos possuem um efeito importante no transporte e dispersão de poluentes atmosféricos. São necessários os seguintes dados: sumário da estabilidade atmosférica; temperatura ambiente; altura da camada de mistura; direção e velocidade dos ventos.
• Topográficos: a topografia da região é fundamental para avaliação do efeito do relevo sobre a ventilação do sítio.
• Fontes emissoras: identificação, características físicas da fonte e do efluente, coordenadas horizontais e taxa de emissão de cada poluente.
• Parâmetros de controle: as informações das fontes emissoras foram obtidas no relatório de amostragem da chaminé.
Material particulado
As partículas sólidas ou líquidas presentes na atmosfera são denominadas Material Particulado (MP) e sua quantificação (massa) suspensa no ar é conhecida como Material Particulado Total em Suspensão (MPTS), sendo constituída por uma medida de massa total por unidade de volume, normalmente expressa em unidade de µg/m³ para avaliação do Padrão de Qualidade do Ar – PQAR e mg/Nm3 para o fator de emissão em fontes estacionárias. Em grandes concentrações o MP pode causar danos direta e/ou indiretamente à saúde, materiais, propriedades da atmosfera, vegetação e economia (DERISIO, 2012).
As concentrações, as distribuições por tamanho, bem como a composição química das partículas na atmosfera dependem basicamente da distância da(s) fonte(s), dos fatores meteorológicos e das reações químicas.
O MP atmosférico é um material de característica heterogênea e as partículas emitidas para a atmosfera podem ainda ser classificadas em inorgânicas e orgânicas (MUCCIACITO, 2005; APUD MANAHAN, 1994; MARQUES, 2000).
As partículas inaláveis inferiores a 10 µm (MP10) ficam retidas no trato respiratório superior, enquanto que as menores que 2,5 µm possuem grande potencial para atingir os pulmões e lá ficarem retidas, provocando dano à saúde do receptor. O MP10, resulta de emissões de uma grande variedade de fontes e são emitidas diretamente por aerossóis primários ou são formadas na atmosfera por processo de conversão gás-partícula como aerossol secundário (MUCCIACITO 2005)
As partículas menores que 2,5 µm de diâmetro são conhecidas como finas, e as maiores como grossas. Essa classificação difere grupos bem característicos, pois a distinção dos grupos ocorre na análise das fontes, dos processos de remoção da atmosfera, propriedades óticas, composição química, bem como na atuação no sistema respiratório.
Negro de fumo
É um pigmento preto e versátil composto por 99,5% de carbono amorfo com partículas de diferentes níveis de tamanhos e com estruturas variáveis, permitindo desta forma, atender a distintas necessidades de desempenho em cada aplicação. Pode apresentar diversas propriedades tais como: pigmentação, absorvedor de UV, modificador de propriedades mecânicas, condutividade térmica e elétrica, doador de carbono e redutor (CABOT, 2012).
Qualidade do ar
O grau de contaminação do ar é avaliado pela quantidade e qualidade das substâncias que o tornam nocivo à saúde pública e prejudicial aos materiais, à fauna e à flora. As formas de absorção de substâncias indesejáveis pelos seres vivos podem ocorrer de duas maneiras: direta que é a própria exposição a uma concentração conhecida em um determinado tempo ou indireta que consiste na ingestão de água e/ou alimentos contaminados por essa mesma substância advinda da área de influência de uma fonte geradora.
As substâncias desprendidas para o ar atmosférico (emissão) se espalham (transmissão) e podem acabar agindo sobre o homem, os animais e as plantas (imissão). Como entre emissão e imissão decorre certo lapso de tempo em que se processa a propagação do contaminante, a concentração ativa, da substância nociva no local da imissão, não pode ser mais tão elevada como no local da emissão (FELLENBERG, 1980).
Classificar os poluentes, segundo a sua origem, é útil quando a finalidade é conhecer as fontes de poluição, para encontrá-las. Mas, se o objetivo é estudar o efeito desses poluentes sobre as pessoas ou ambientes naturais, é necessário classificá-los de acordo com sua composição química (BRANCO, 2004).
No Brasil não há um padrão de qualidade do ar para o MP2,5. A CETESB – Companhia Ambiental do Estado de São Paulo, com o intuito de avaliar de forma mais sistemática os níveis desse parâmetro na RMSP, iniciou, a partir de 2000, o monitoramento das partículas inaláveis finas (MP2,5) e grossas (MP2,5-10) (CETESB, 2008).
As condições meteorológicas influenciam a qualidade do ar mesmo mantendo as emissões, determinando maior ou menor diluição dos poluentes. Esse comportamento correlaciona-se com a qualidade do ar, piorando-o com relação aos parâmetros monóxido de carbono, material particulado e dióxido de enxofre, principalmente durante os meses de inverno, quando as condições meteorológicas são mais desfavoráveis à dispersão dos poluentes (DERISIO, 2012).
Amostradores da qualidade do ar
Segundo João Carlos Mucciacito, existem atualmente amostradores classificados como:
• Passivos (ou estáticos): através destes, estimativas ou efeitos de poluentes são determinados por meio de amostragens de longo período (semanais ou mensais) Usualmente fornecem uma medida qualitativa do ar no local;
• Manuais (ou intermitente): são equipamentos a partir dos quais as concentrações de poluentes são determinadas por métodos manuais ou semiautomáticos, baseando-se em amostras coletadas que seguem uma rotina fixa de amostragens, mas que depende de um operador no inicio e/ou no final dos processos de amostragens;
• Instrumentais ou contínuos: estes equipamentos permitem que as concentrações de poluente sejam determinadas por métodos automáticos continuamente e em geral estão ligados a um sistema de aquisição de dados, que envia os dados para serem registrados em um computador.
No presente estudo foi utilizado um amostrador manual intermitente, e as coletas foram feitas por um Coletor Isocinético de Poluentes Atmosféricos, ligado simultaneamente a um tubo de Pitot e um Termopar, que coletaram as informações relativas à velocidade de escoamento dos gases no interior da chaminé.
Modelo de dispersão de poluentes atmosféricos
O modelo de dispersão atmosférica é uma representação matemática dos processos de transporte e difusão que ocorrem na atmosfera. O referido procedimento é capaz de estimar a concentração de um determinado poluente em um receptor localizado no espaço, a partir do movimento de uma pluma (DERISIO, 2012).
As condições meteorológicas são fatores fundamentais para a dispersão dos poluentes na atmosfera. São consideradas variáveis de grande importância: a direção e velocidade do vento, temperatura atmosférica e as condições de turbulência. Em determinados dias essas condições podem ser favoráveis à dispersão dos poluentes, e, em outros podem ser desfavoráveis, retendo poluentes próximos ao local de emissão, situação em que haverá um maior nível de concentração (DERISIO, 2012).
Para a análise da dispersão de um poluente, devem-se considerar alguns fatores relativos à fonte de emissão, altitude, velocidade, temperatura e topografia.
O nível de concentração de poluentes é um requisito indispensável para determinar quais os possíveis danos a serem provocados por novas fontes ou até mesmo por fontes existentes que serão modificadas. Neste contexto, a modelagem matemática é uma ferramenta importante para obtenção dessas previsões.
A figura 2 representa um esquema básico de um modelo de dispersão atmosférica. Os modelos de dispersão atmosférica descrevem, matematicamente, as simulações numéricas do processo de dispersão de poluentes emitidos por fontes industriais, bem como o comportamento de gases e partículas presentes na atmosfera que podem, em função das intempéries sofrer transformações físicas e/ou químicas. É importante observar que esses modelos têm como objetivo reproduzir o que realmente ocorre na atmosfera (DERISIO, 2012).
As simulações realizadas pelo modelo matemático de dispersão de poluentes atmosféricos permitem estimar as máximas concentrações em relação ao nível do solo, dos poluentes emitidos pelos dutos e/ou chaminés, nos diversos receptores localizados no entorno das fontes de emissões e do empreendimento.
No presente trabalho foi utilizado um modelo matemático cuja equação básica se fundamenta na distribuição gaussiana. O referido modelo permite calcular em qualquer ponto do espaço tridimensional o valor da concentração de poluente em função da quantidade de produto emitido, da altura da liberação, da velocidade do vento e da estabilidade atmosférica. A pluma se forma e se espalha na atmosfera, e sua distribuição é caracterizada por ter um valor máximo no ponto central que é 10% maior em relação à borda da pluma. O desvio padrão mede a dispersão da concentração em torno da média (μ) (MEDEIROS, 2003).
A maioria dos modelos de dispersão de pluma baseia-se na teoria estatística de Gauss. Os referidos modelos são baseados na forma de decaimento da função, ou seja, são utilizados em fontes pontuais para estimar os impactos e as concentrações de poluentes não reativos. O modelo de dispersão da Pluma Gaussiana é o método mais confiável para calcular as concentrações de poluentes no ar (MEDEIROS, 2003). O modelo Gaussiano é baseado em uma fonte contínua de emissão Q (g/s), localizada a uma altura h(m) do nível do solo, que emite poluentes para a atmosfera em que a velocidade do vento é u (m/s) (EAGLEMAN, 1991).
A equação 1 é baseada na teoria estatística de Gauss, que compreende a concentração de um poluente nas coordenadas x, y e z, emitido por uma fonte contínua, onde:
C(x,y,z) = concentração na direção do vento no nível do solo (g/m³);
S = intensidade da fonte pontual;
σy e σz = desvio padrão da pluma (m);
U = velocidade do vento (m/s);
x,y,z = distância (m);
H = altura efetiva da pluma (m).
Os poluentes são emitidos para a atmosfera a uma altura efetiva H(m), que corresponde à altura h(m) somada à altura de elevação da pluma (hel), quando essa é lançada para a atmosfera (MEDEIROS, 2003).
É definido um eixo de coordenadas que descreve a concentração de poluentes no espaço. Por definição, o eixo x coincide com a direção do percurso da pluma (direção do vento). A direção y está na direção horizontal perpendicular a x, e a direção z está na direção vertical (MEDEIROS, 2003).
Índice de qualidade do ar
Os padrões de qualidade do ar definem legalmente os limites máximos para a concentração de um poluente na atmosfera, em um determinado período de tempo. Esses padrões são baseados em estudos científicos, cujos efeitos produzidos por poluentes específicos são fixados em níveis que possam propiciar uma margem de segurança adequada (CETESB, 2012). A tabela 1 apresenta os padrões nacionais para MP, estabelecidos pelo BAMA - Instituto Brasileiro de Meio Ambiente e Recursos Naturais Renováveis e aprovados pelo CONAMA - Conselho Nacional de Meio Ambiente, por meio da Resolução CONAMA nº 03 de 28 de junho de 1990.
Índices CETESB
O índice de qualidade do ar é uma ferramenta matemática desenvolvida para simplificar o processo de divulgação destes dados.
Atualmente o índice que vem sendo usado pela CETESB, desde 1981, foi concebido com base no PSI – Pollutant Standarts Index, cujo desenvolvimento se baseou numa experiência de vários anos nos Estados Unidos e Canadá (LISBOA e KAWANO, 2007).
Uma mesma concentração de um poluente pode levar à condição "regular" em um determinado país e à condição "inadequada" em outro, isto se dá por que as faixas de escala e os padrões de qualidade podem variar de acordo com a localidade (MUCCIACITO, 2005).
Os poluentes contemplados pela estrutura do índice da CETESB são dióxidos de enxofre, partículas totais em suspensão, partículas inaláveis, fumaça, monóxido de carbono, ozônio e dióxido de nitrogênio.
O valor do índice é calculado conforme mostrado na equação 2, que consiste em uma interpolação linear.
Ip = Isup - Iinf (Cp - PIinf) + Iinf
_____________________________________
PIsup - PIinf
Onde:
I = Índice (adimensional);
C = Concentração medida (μg/m3 ou ppm);
PI = Limites de concentração para determinada faixa de classificação (μg/m3 ou ppm);
P = Poluente;
Sup = Superior;
Inf = Inferior.
Para cada poluente medido é calculado um índice. Através do valor obtido o ar recebe uma qualificação, que é uma espécie de nota. A tabela 2 foi adaptada e apresenta somente os índices da qualidade do ar relevante ao presente estudo.
Processo produtivo
A produção de pneumáticos é composta de várias etapas:
1) Confecção de massa: dosagem das principais matérias-primas e ingredientes que compõem o pneu;
2) Confecção de semi-pronto: fabricação dos materiais de base para a montagem do pneu como flanco, liner, bordo metálico, tela de carcaça, cinturas, banda de rodagem, frisos, tecido têxtil e tecido metálico;
3) Confecção do pneu: recebimento da massa e semi-pronto para montagem de todos os componentes do pneu, sendo subdividido em duas fases que são realizadas concomitantemente. Na 1ª fase é montado o flanco, liner, bordo metálico, tela de carcaça e frisos. Na 2ª fase são montadas as 4 cinturas e a banda de rodagem. Na fase final é feita a sobreposição das duas estruturas, formação e roletagem da carcaça;
4) Vulcanização: combinação de temperatura, pressão e tempo em que a carcaça crua é comprimida contra o molde para assumir a forma desejada, utilizando vapor d’água como fonte de calor.
5) Acabamento: são realizados controles visuais, geométricos e de força em 100% dos pneus (raio-x, inspeção visual e controle de uniformidade).
6) Expedição: após a validação da qualidade, o pneu segue para o armazém onde é estocado para posterior envio aos revendedores autorizados.
É na etapa de confecção de massas que estão localizadas as principais fontes de poluição atmosférica.
A figura 3 apresenta o fluxograma do processo produtivo de pneumáticos, que se destaca a etapa de confecção de massa, objeto de estudo.
Confecção de massa
Essa é a etapa inicial do processo produtivo, em que é produzida a massa da borracha que será utilizada nas demais etapas da produção de pneus.
Nessa área é feita a mistura dos principais componentes do pneu em um misturador fechado denominado Banbury. A dosagem de cada ingrediente é feita de acordo com o tipo do pneu produzido. A fusão dos componentes ou processo de plastificação é realizada por três fatores: trabalho mecânico, calor e ação química.
O processo de produção da massa se desenvolve em duas fases, ambas realizadas no misturador tipo Banbury. A figura 4 apresenta o corpo principal deste equipamento e as entradas de matérias-primas.
Na primeira fase, conhecida como Empaste, são dosadas as seguintes matérias-primas: borracha natural e/ou sintética, negro de fumo, óleo plastificante e ingredientes químicos como: cargas reforçantes, acelerantes, retardantes, ativantes e antioxidantes.
A segunda fase é a confecção da massa propriamente dita, onde são dosados no Banbury o empaste produzido na primeira fase e ingredientes químicos (enxofre e agentes vulcanizantes).
As cargas reforçantes servem para melhorar as características físico-mecânicas da borracha vulcanizada.
O óleo plastificante tem por objetivo aumentar a plasticidade da mistura, favorecendo o trabalho de calandragem e trefilagem. Os agentes vulcanizantes auxiliam no processo de vulcanização da mistura, sendo o enxofre o principal elemento. Os acelerantes ou catalizadores aceleram a combinação entre o enxofre e a borracha. Os retardantes são utilizados para evitar a queima da mistura. Os ativantes melhoram a ação dos acelerantes, ex.: óxido de zinco, ácido esteárico, etc. Os antienvelhecentes e antioxidantes protegem a borracha contra a ação do oxigênio.
No processo de confecção do empaste e da massa que há maior concentração de MP, principalmente na dosagem do negro de fumo. Todos os equipamentos dessa parte do processo não recebem nenhum tipo de combustível, funcionam com energia elétrica e são submetidos a processos contínuos.
Fontes de emissão atmosférica e sistema de controle
As principais fontes de emissão atmosférica oriundas do processo de produção de pneumáticos estão concentradas na etapa de confecção da massa.
Durante a dosagem das matérias-primas (negro de fumo, acelerantes, retardantes e enxofre), há dispersão de pó que é captado pelo sistema de exaustão e direcionado por dutos até o equipamento de controle atmosférico (ciclone e filtro manga). Na indústria em estudo há 8 Banburys que operam com diferentes receitas de massa. Em alguns não há dosagem de pó, pois estes realizam apenas o repasse da massa de borracha já confeccionada. O quadro 2 apresenta as características da fonte de emissão e do equipamento de controle de poluição no processo de confecção de massa.
O sistema de controle de poluição atmosférica é composto por pré-coletor tipo ciclone e filtro tipo manga.
O filtro manga é composto por plenum superior, corpo central e moega de recolhimento. Opera em condições rígidas e contínuas, sendo dotado de sistema automático de limpeza das mangas filtrantes (Ventec, 2008). Os sólidos transportados pelo meio gasoso, por sucção ou pressão, entram pela parte inferior do filtro (moega), dimensionada no sentido de evitar o choque direto do particulado com as mangas, assim como, reduzir a velocidade do fluxo e precipitar, por efeito de gravidade, o particulado de maior granulometria. O ar, ainda contaminado, é conduzido para o interior do corpo central e forçado a passar pelas mangas filtrantes (retenção do particulado ainda em suspensão), dispostas verticalmente e sustentadas pelas gaiolas e colarinhos. Desta forma, os sólidos em suspensão ficam retidos na parte externa das mangas e os gases, já limpos, no interior das mangas, passam para o plenum através dos venturis e daí para o ventilador (sistema sob sucção). As mangas de filtragem são montadas sobre gaiolas aramadas, dotadas em sua extremidade superior de um Venturi, cuja finalidade é provocar a aceleração do ar comprimido de limpeza quando injetado no interior de cada manga.
O manômetro diferencial em "U" indica a diferença de pressão (perda de carga) entre a câmara de gases limpos (plenum) e a câmara de gases contaminados (corpo central), identificando a saturação das mangas ou possíveis desvios na operação. Estas duas câmaras são separadas entre si, pelo espelho e unicamente conectadas através dos elementos filtrantes.
O processo de limpeza consiste fundamentalmente na injeção de ar comprimido no interior das mangas, proporcionado por programador sequencial eletrônico que é acionado por tempo ou por diferença de pressão no filtro manga. O ar comprimido proveniente da câmara de acumulação é liberado pelas válvulas, de forma sequencial em cada uma das filas de mangas. Isso provoca uma onda de choque com consequente expansão, provocando a desagregação do material particulado acumulado em sua superfície externa, o qual naturalmente é depositado na moega de recolhimento. A figura 5 apresenta a estrutura do equipamento filtro manga.
Amostragem em chaminé
Para o presente estudo foram amostradas 4 fontes significativas de poluição atmosférica.
As tabelas 3.1 e 3.2 apresentam as fontes de emissão atmosférica amostradas e os respectivos resultados da amostragem da chaminé. Das quatro fontes amostradas, a que apresentou o melhor resultado para o parâmetro MP foi a nº 105 - Filtro Manga Banbury 6.
A fonte nº 107 - Exaustão Blendizador Banbury 6, apesar de ter apresentado um resultado alto, se comparado à fonte nº 105, esse resultado foi satisfatório para o parâmetro MP, uma vez que esta fonte não possui equipamento de filtro manga, apenas exaustão.
As fontes nº 114 - Filtro Manga Banbury 3 e nº 117 – Filtro Manga Banbury 5, foram as duas fontes que apresentaram resultado mais elevado para o parâmetro MP.
Verificando-se o sistema de controle dessas duas fontes, constatou-se que a fonte nº 114, no período de amostragem, estava com a pressão diferencial (perda de carga) elevada, conforme apresentado na figura 6. O parâmetro operacional estava acima do limite de 180 mmCA. Esta situação ocorreu porque as mangas estavam saturadas, o que prejudica a eficiência do sistema de controle. A figura 7 mostra o nível de saturação dessas mangas pela janela de inspeção.
No processo industrial da fonte nº 117 não há dosagem de negro de fumo, pois o misturador que dá origem a essa fonte realiza apenas o repasse do empaste e da massa. Com isso, os resultados deveriam ser satisfatórios. No entanto, ao verificar o gráfico do diferencial de pressão, constatou-se que no período de amostragem da chaminé, o parâmetro do diferencial de pressão estava abaixo da faixa ideal de 60 a 180 mmCA, conforme apresentado na figura 8. Este desvio ocorreu por falha operacional na manutenção preventiva que, posteriormente detectou que 40% das gaiolas que sustentam as mangas estavam quebradas, o que ocasionou diversos furos nas mangas. Nesta situação não há perda de carga na câmara suja por não haver resistência da pressão interna da manga, ou seja, há um equilíbrio entre as pressões das câmeras suja e limpa, onde o diferencial de pressão fica próximo do zero.
Outro fator importante na análise dos resultados das amostragens é a verificação do parâmetro de vazão definido em projeto, pois este influencia diretamente na eficiência do equipamento de controle. Na tabela 4 observamos que a fonte nº 105 apresentou vazão abaixo do valor determinado em projeto, e ao ser investigada constatou-se que o "dumper" estava muito fechado. Já a fonte nº 114 estava acima da vazão de projeto. Isso ocorreu por conta de mangas furadas que diminuiu a resistência de pressão na câmara suja.
Estudo de dispersão atmosférica
Os dados da superfície foram obtidos da estação do aeroporto de Congonhas e os dados de ar superior do aeroporto do Campo de Marte por se tratarem de dados oficiais. Foram utilizados para o estudo 5 anos de dados meteorológicos no de 2007 a 2011. As tabelas 5 e 6 apresentam as médias anuais deste período para os parâmetros de temperatura, velocidade e direção dos ventos. A estação do Aeroporto de Congonhas está localizada a 15 km em linha reta da indústria e a estação do Campo de Marte a 21 km.
A topografia de um modo geral não compromete o processo de dispersão e transporte de poluentes nas vizinhanças do empreendimento. A altitude média oscila entre 750 e 800 m. Foi utilizado para o estudo um GRID250 cartesiano uniforme com 5 km de lado e espaçamento de 250 m. As figuras 9 e 10 apresentam a rosa dos ventos elaborada a partir dos dados meteorológicos.
Observando a curva de isoconcentração de PTS na figura 11, a máxima concentração atingida pela emissão das fontes durante o período de 24 horas foi de 100,10 µg/m³ nas coordenadas UTM 346.616,96E; 7.382.440,27N, representando 58% abaixo dos padrões de qualidade do ar estabelecidos na legislação vigente. O resultado da modelagem foi comparado com o padrão de qualidade do ar para PTS, estabelecido na Resolução CONAMA nº 3 de 28 de junho de 1990.
Considerações finais
O estudo de dispersão atmosférica apresentou concentrações abaixo do PQAR - Padrão de Qualidade do Ar para MP. Contudo, há de se considerar que, mesmo a pluma apresentando concentrações abaixo do PQAR, esta extrapola os limites da indústria e afeta indiretamente o seu entorno, pois além da saúde humana, deve-se considerar os efeitos adversos do material particulado no bem estar da população, principalmente os aspectos estéticos, a produção de corrosão e sujeira em superfícies. De modo geral, observa-se que os impactos (maiores concentrações) ocorrem na área da unidade e nas suas proximidades.
Não há padrão legal para o fator de emissão de MP oriundo do processo de produção de pneumáticos. Porém, ao comparar os resultados da amostragem de chaminé com os limites de emissão para poluentes atmosféricos provenientes de processos de refinarias de petróleo, estabelecidos na Resolução Conama nº 436 de 2011, apresentado na tabela 8, concluiu-se que os valores são relativamente baixos.
Embora o resultado da dispersão atmosférica atenda ao limite do PQAR, os resultados das amostragens nas chaminés constataram que o equipamento de controle de poluição atmosférica não possui eficiência satisfatória, pois não opera conforme definido em projeto.
Portanto, um sistema de controle de poluição atmosférica não é simplesmente aquele que atende a legislação aplicável, e sim que extrapola esses limites, considerando o contexto em que está inserida a organização com foco na qualidade e eficiência da operação.
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