1.4. DISPERSÃO DE POLUENTES ATMOSFÉRICOS
1.4.5. Aplicação do modelo matemático Industrial Source Complex
O modelo Industrial Source Complex (ISC3) é usado para predizer concentrações de poluentes em pontos, áreas ou volume contínuo.
Esse modelo desenvolvido pela United States. Environmental Protection Agency (USEPA), é um modelo de pluma Gaussiana de regime permanente que pode ser usado para calcular concentrações de poluentes de uma grande variedade de fontes associadas com um complexo de fontes industriais (TOMAZ & CLEMENTE, 2000), sendo apropriado para as seguintes aplicações:
Fontes industriais complexas;
Áreas urbanas ou rurais;
Terreno plano ou elevado;
Transporte a distâncias de até 50 quilômetros;
Concentrações médias para períodos de 1 hora a 1 ano;
Emissões contínuas de poluentes do ar.
O modelo ISC3 é disponível em 2 versões: um modelo de curta duração “Industrial Source Complex Short Term (ISCST3)” e o modelo de longa duração “Industrial Source Complex Long Term (ISCLT3)”, que se diferem pelo período médio disponível para os cálculos, distâncias maiores do terreno, opção de deposição e o formato de dados meteorológicos de entrada.
Ambos os modelos, possuem a utilização das “Regulatory Default Options”, que consiste na seleção automática dos parâmetros e condições recomendadas pela USEPA dos seguintes parâmetros:
Altura final da pluma;
Efeito “downwash” devido à chaminé que considera o efeito de dispersão da pluma devido à altura de prédios e instalações;
Efeito downwash devido a prédio e instalações: considera o efeito de dispersão da pluma quando a altura da chaminé é menor que 50% da altura ou da largura dos prédios e instalações;
Buoyancy induced dispersion (dispersão induzida pela flutuação da pluma, isto é, que considera o efeito térmico de elevação da pluma);
Gradiente de temperatura vertical;
Tratamento da condição de calmarias;
Expoentes para o perfil vertical dos ventos;
Meia-vida para poluentes específicos (consideração da transformação química para alguns poluentes).
A aplicação do modelo de dispersão requer as seguintes informações e parâmetros de entrada:
Características das fontes: os dados das fontes necessários são a localização, taxa de emissão dos poluentes, altura da chaminé, velocidade de saída do gás da chaminé, diâmetro interno da chaminé e temperatura dos gases na saída da chaminé. Para fontes áreas faz a integração dupla
Parâmetros meteorológicos: ISC3 requer dados meteorológicos horários do local tais como: temperatura ambiente, direção e velocidade do vento, temperatura e altura de mistura e classe de estabilidade. Para ISCLT3 os dados de entrada incluem estabilidade da rosa do vento, média da altura de mistura da tarde e da manhã e temperatura média do ar.
Dados do receptor: Os dados do receptor necessários são as coordenadas e a elevação terreno para cada receptor.
Dados de entrada opcionais: os dados opcionais incluem elevação da fonte, dimensões da construção, distribuição do tamanho da partícula com correspondentes velocidades de sedimentação e coeficiente de reflexão da superfície.
Tipo de poluentes: ISC3 pode ser usado para modelos de poluentes primários e emissões contínuas de poluentes tóxicos ou perigosos. A sedimentação e a deposição de poluentes podem ser consideradas.
Dispersão horizontal: Para a dispersão rural são usados o coeficiente de Turner (1969), sem ajustes para superfícies rugosas ou tempo médio, para a dispersão urbana o coeficiente de Briggs (GIFFORD, 1976), dispersão induzida pela flutuação da pluma (PASQUILL,1976) e seis classes de estabilidade (EPA,1995).
Dispersão vertical: Da mesma forma que para dispersão horizontal são usados o coeficiente de TURNER (1969), sem ajustes para superfícies rugosas, dispersão induzida pela flutuação da pluma (PASQUILL,1976) e seis classes de estabilidade (EPA,1995). A altura da mistura é calculada com reflexões múltiplas até que o desvio padrão da pluma vertical seja igual a 1,6 vezes a altura de mistura; a mistura vertical fica uniforme acima deste ponto. A reflexão no solo é considerada especular.
Relação entre fonte-receptor: O ISC3 é aplicado em locais especificados pelo usuário para fonte linha, pontual, área e volume e especificações de localização de receptores ou de grades de recepção.
Comportamento da pluma: O cálculo da Elevação da Pluma pode ser realizado através da Fórmula de Holland (∆H), US H.E.W (1962), ver Eq 8
(
)
−
+
=
∆
−D
T
T
T
P
u
d
V
H
s a s bar s 310
68
,
2
5
,
1
Eq 8 Onde: - ∆H = elevação da pluma (m) - Ts = Temperatura de emissão (K). - Ta = Temperatura ambiente (K)- D = Diâmetro interno da chaminé (m)
- Vs = Velocidade de saída dos gases (m/s)
- u = Velocidade do vento (m/s)
- Pbar = Pressão barométrica (mBar)
Ventos horizontais e verticais: O modelo ISC3 considera as seguintes hipóteses para os ventos verticais e horizontais:
- Vento constantes e uniformes (regime permanente) são considerados para cada hora;
- É considerado o transporte da pluma em linha reta para todas as distâncias na direção do vento;
- São usados expoentes do perfil da velocidade do vento separados para casos rurais e urbanos;
- A velocidade do vento vertical é considerada igual à zero.
Transformação química: No modelo ISC3, as transformações químicas são tratadas usando decaimento exponencial, sendo que a constante do tempo é um dado de entrada fornecido pelo usuário.
Remoção Física: Efeitos de deposição seca para partículas são tratadas usando uma formulação de resistência na qual a velocidade de deposição é a soma de um termo de resistências à transferência dos poluentes dentro da camada da superfície da atmosfera, mais um termo gravitacional de deposição.
A resposta do modelo ou os dados de saída incluem as seguintes informações:
Parâmetros de controle do programa, dados das fontes e dos receptores;
Tabelas dos dados meteorológicos horários para todos os dias do ano considerado;
Concentração média diária ou deposição total calculada para cada receptor ou para qualquer combinação de fontes desejada;
Valores de concentração ou deposição calculada para qualquer combinação de fontes desejadas em todos os receptores para qualquer dia especificado ou período de tempo no prazo de um dia;
Tabelas dos maiores valores até o décimo valor mais alto de concentração ou valores de deposição calculada para cada receptor, num período de tempo específico para qualquer combinação de fonte desejada;
Tabelas de concentrações ou deposição dos 50 valores máximos calculados, num período de tempo específico para qualquer combinação de fonte desejada.