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UNIVERSIDADE DE SO PAULO
PROGRAMA INTERUNIDADES DE PS-GRADUAOEM ENERGIA DA UNIVERSIDADE DE SO PAULO
EMISSES ATMOSFRICAS DE GRUPOS MOTOGERADORES NA REGIO METROPOLITANA
DE SO PAULO
Marcia Aparecida Tezan Moraes Barros
Orientador: Prof. Dr. Murilo Tadeu Werneck Fag
ESTUDO DAS EMISSES ATMOSFRICASDE
GRUPOS MOTOGERADORES
NA
REGIO METROPOLITANA DE SO PAULO
APRESENTAOA crise energtica que o Brasil passou na ltima estiagem, levou a adoo de outras fontes de energia e uma das solues encontrada, mesmo no sendo ambientalmente a mais adequada, a qual foi aplicada no primeiro semestre de 2001, foi a adoo de grupos motogeradores movidos a diesel, em sua grande maioria.
O uso de grupos motogeradores a diesel, como uma opo para substituio da energia eltrica oferecida pela concessionria na Regio Metropolitana de So Paulo, que sofre com a poluio do ar, provocada por alguns poluentes do tipo dos emitidos por estes equipamentos, justifica uma avaliao do possvel impacto ambiental provocado por este tipo de fonte.
OBJETIVO Quantificar e identificar os grupos motogeradores movidos a diesel instalados na Regio Metropolitana de So Paulo, para fazer uma avaliao preliminar do possvel impacto na qualidade do ar, provocado pelo lanamento das cargas de poluentes atmosfricos gerados por ocasio do funcionamento destes equipamentos.
Como atingir o objetivo proposto?O estudo de disperso atmosfrica um trabalho bastante complexo, pois os poluentes lanados na atmosfera esto sujeitos a vrios fatores que vo determinar suas concentraes no tempo e no espao.
Uma mesma emisso, sob mesmas condies de lanamento no ar pode gerar concentraes diferentes em funo de uma srie de interferncias, como das condies meteorolgicas existentes, chuvas, temperatura, vento, etc..
Para atingir o objetivo proposto h necessidade da:Elaborao de inventrios dos grupos motogeradores instalados na RMSP;
Elaborao de diagnsticos dos grupos motogeradores com relao a emisso de poluentes;
Identificao de metodologias de avaliao das emisses atmosfricas dos grupos motogeradores e
Discusso da aplicabilidade de modelagem de disperso para avaliao do impacto ambiental na qualidade do ar, provocado por este tipo de fonte
REGIO METROPOLITANA DE SO PAULO
REGIO METROPOLITANA DE SO PAULOrea 8.051 km, ocupa 0,1% do territrio brasileiro e 3,2% do territrio do Estado de So Paulo.
Populao superior a 17 milhes de habitantes em seus 38 municpios; o terceiro maior conglomerado do mundo.
Frota aproximadamente 7,4 milhes de veculos representa 1/5 do total nacional 5,8% correspondem a veculos movidos a diesel.
Na tabela a seguir esta apresentada a contribuio relativa a cada fonte de poluio do ar na Regio Metropolitana de So Paulo.
Contribuio relativa das fontes de poluio do ar na RMSPFONTE DE EMISSO POLUENTES (%)
CO HC NOx SOx MP10
TUBO DE ESCAPAMENTO DE VECULOS
GASOLINA C 45,6 20,3 11,4 21,4 8,0
ALCOOL 12,1 5,7 3,2 - -
DIESEL 25,4 17,9 81,5 30,8 30,8
TXI 0,1 0,1 0,2 0,8 0,1MOTOCICLETA E SIMILARES 14,6 8,3 0,3 1,3 1,1
CRTER E EVAPORATIVA
GASOLINA C 33,3
LCOOL 4,1MOTOCICLETAS E SIMILARES 4,5
OPERAES DE TRANSFERNCIA DE COMBUSTVEL
GASOLINA C 2,8
LCOOL 0,1OPERAO DE PROCESSO INDUSTRIAL (1990)
2,2 2,9 3,4 45,7 10,0
RESSUSPENSO DE PARTCULAS
25,0
AEROSSIS SECUNDRIOSA
25,0
TOTAL 100 100 100 100 100
Fonte: RELATRIO QUALIDADE DO AR NO ESTADO DE SO PAULO CETESB - 2004
ESTADO DE SO PAULOLocalizao Regio Sudeste do Brasil
rea aproximadamente 249.000 km - 2,9% do territrio nacional
Populao aproximadamente 37 milhes de habitantes
Maior frota automotiva 14,7 milhes de veculos automotores 40% da frota nacional, sendo 983 mil movidos a diesel
Poluio atmosfrica destaca-se Regio Metropolitana de So Paulo (RMSP) e a rea de Cubato.Capacidade Nominal Instalada: 14.515 MW, sendo 13.607 MW de origem hidrulica.
Energia gerada 61.420 GWh + recebida 48.031 GWh
Requerida 109451 GWh
GRUPOS MOTOGERADORES
CARACTERSTICAS GERAISOs grupos motogeradores so constitudos por um motor que produz energia mecnica, um gerador (normalmente um alternador) que produz energia eltrica, elementos de transmisso mecnica entre o motor e o gerador, (por exemplo: acoplamento, redutor ou multiplicador) e, eventualmente elementos de montagem e de suporte.
Estes grupos so acionados por motores a diesel, turbinas a gs ou turbinas a vapor. As turbinas so utilizadas principalmente para os grupos das centrais eltricas de produo de energia eltrica, enquanto os motores diesel so utilizados tanto para produo de energia como para emergncia.
Os motogeradores consistem de geradores acionados por motores de combusto interna semelhantes aos utilizados em veculos; tm, portanto, emisses de poluentes com caractersticas qualitativas semelhantes as observadas em nibus e caminhes
Estes motores muitas vezes trabalham durante a maior parte do tempo em regime praticamente constante (como no caso de abastecimento de sistemas de iluminao, calefao, ar-condicionado, etc), entre 60 e 70% da carga nominal mxima, o que pode implicar uma vantagem ambiental em relao aos seus similares automotivos, pois as aceleraes e desaceleraes tpicas da operao veicular resultam sempre em nveis reais mdios de emisso de poluentes mais elevados.
IMPACTO AMBIENTAL
Os impactos ambientais pela utilizao dos grupos moto-geradores so: - perturbaes acsticas e poluio pelas emisses dos gases de escapamento.
Os gases de escapamento dos grupos motogeradores contm poluentes que podem ser nocivos ao meio ambiente.
As substncias poluentes destas emisses so essencialmente:
NO2 dixido de nitrognio
CO monxido de carbono
SO2 dixido de enxofre
CO2 dixido de carbono (gs carbnico)HC - hidrocarbonetos
Material Particulado (Partculas incombustveis e Fumaa)
APLICAOOs grupos motogeradores so utilizados como fontes de:
Segurana,
Substituio e
Segurana e substituio.
Segurana alimentao das instalaes de segurana, ou seja, as cargas que so necessrias para o atendimento do estabelecimento nos casos de sinistro. Fazem parte das instalaes de segurana: iluminao de segurana, sistemas de alarme e vigilncia, deteco e combate ao incndio, equipamentos de exausto, etc..
Substituio - continuidade do fornecimento de energia no caso de falha de energia da concessionria e tambm no horrio de ponta.
Uma alimentao de substituio, na prtica, constituda por um ou mais grupos geradores conectados ao quadro geral de distribuio da instalao normal. Neste tipo de instalao o objetivo alimentar as cargas prioritrias, caso no seja suficiente para alimentar todo o conjunto de equipamentos da instalao, sero desligadas as cargas no prioritrias e dispensveis.
Segurana e substituio - neste caso, normalmente hmais de um grupo, para que no caso de falha de um dos grupos os outros sejam capazes de assumirem as cargas sem prejuzo ou risco para o estabelecimento.
REGULAMENTAO AMBIENTALCENRIO ATUAL DA REGULAMENTAO AMBIENTAL APLICADA A GRUPOS MOTOGERADORES
NACIONAL
A pouca regulamentao ambiental existente foi praticamente em conseqncia da crise energtica ocorrida no 1 semestre de 2001.
Resoluo 279 de 27.06.2001 CONAMA estabelece procedimentos para o licenciamento ambiental simplificado de empreendimentos com pequeno potencial poluidor.
No artigo 1 desta Resoluo esto includos os seguintes empreendimentos eltricos com baixo potencial poluidor:
I usinas hidreltricas e sistemas associados;
II usinas termeltricas e sistemas associados;III sistemas .....
Instruo Tcnica Normativa n17 de julho de 2001 CETESB,estabelece procedimentos internos para licenciamento de geradores movidos a leo diesel, instalados em locais onde as atividades esto sujeitas ao licenciamento ambiental da CETESB.As exigncias tcnicas desta Instruo Normativa se referem a rudos, vibraes, preveno de vazamentos, manuteno e operao adequadas dos geradores diesel, bem como regulagem para uma combusto com um mnimo de liberao de poluentes atmosfricos, em atendimento ao artigo 31 do Decreto 8.486/76.
Estes estabelecimentos esto definidos no Artigo 57 do Regulamento da LEI ESTADUAL 997/76, de 31 de maio de 1976, aprovado pelo Decreto 8468/76 de 08 de setembro de 1976. (ANEXO B da dissertao).
Grupos motogeradores que no se enquadram nos locais onde as atividades esto sujeitas ao licenciamento ambiental, relacionadas no artigo 57 mencionado, prescindem da aprovao da CETESB.
Conseqentemente um elevado nmero de grupos moto geradores instalados no mercado (em hotis, condomnios, edifcios residenciais e de escritrios, em clubes, etc.), ficam fora do controle da Agncia Ambiental do Estado de So Paulo.
No ANEXO 9 do Decreto 8468 esto relacionadas as atividades e no ANEXO 10 os empreendimentos que dependero de licenciamento prvio pela CETESB.
A Lei Estadual N 997 e Decreto Estadual n 8.468 de 1976 -dispem sobre a preveno e as aes de controle ambiental e padres, licenas para novas indstrias, bem como para aquelas j estabelecidas, e as sanes corretivas. O Regulamento, em seu artigo 57, aprovado pelo Decreto n 8.468, mantm os padres federais de qualidade do ar e acrescenta os seguintes principais requisitos, referentes as fontes estacionrias:
a) Ringelmann n 1 o limite de emisso para fumaa preta emitida por fontes estacionrias; eb) Normas para localizao, operao e sistema de controlepara fontes estacionrias
Escala de Ringelmann
Carto perfurado com um orifcio pentagonal, apresentando contorno com 4 setores impressos em 4 tonalidades de cinza e 1 preto.
Avaliao colorimtrica da pluma.
Ringelmann 1 ou grau 1, corresponde a 20% de absoro da luz quando submetida verificao mediante o uso de um reflectometro
FASE PROCONVE
CO(g/kWh)
HC(g/kWh)
Nox(g/kWh)
MP(g/kWh)
I --- --- --- ---
II 1,86 0,68 10,70 0,66
III 1,62 0,54 6,55 0,318
IV 0,85 0,29 6,16 0,120
V 0,85 0,15 4,66 0,082
FATORES DE EMISSO DE MOTORES PESADOS DO CICLO DIESEL
1.Valores mdios obtidos da homologao e da produo segundo asResolues CONAMA N 008/93 e 315/02. Esto em vigor as fases IV e V,cujos dados so posies de 31/12/2005.Fonte Relatrio QUALIDADE DO AR NO ESTADO DE SO PAULO CETESB - 2006
Resoluo CONAMA N 008 de 06 de dezembro de 1990
Art. 1 - 6 Estabelecer, em nvel nacional limites mximos de emisso de poluentes do ar (padres de emisses) para processos de combusto externa em fontes fixas de poluio com potncias nominais totais at 70 MW (megawatts) e superiores.
Resoluo CONAMA N 008/93
Estabelece novos prazos e limites de emisso para veculos novos (pesados em geral, leves a diesel e importados), bem como recomenda as especificaes do leo diesel comercial necessrias ao controle ambiental.
Resoluo CONAMA N 227/97
Retifica prazos da Resoluo CONAMA N 008/93 e estabelece limites para emisso de fuligem de motores diesel plena carga.
Resoluo CONAMA n 382 de 26 de dezembro de 2006, que estabelece os limites mximos de emisses de poluentes atmosfricos para fontes fixas.
Esta Resoluo estabelece em seu ANEXO I, limites de emisso para poluentes atmosfricos provenientes de processos de gerao de calor a partir da combusto externade leo combustvel.
Os grupos motogeradores como possuem motores de combusto interna, apesar de emitirem poluentes semelhantes aos de combusto externa, no esto includos nesta Resoluo.
Resoluo ANEEL n 112 de 18 de maio de 1999, que apesar de no ter carter ambiental, estabelece os requisitos necessrios obteno de Registro ou Autorizao para implantao, ampliao ou repotencializao de centrais geradoras termeltricas, elicas e de outras fontes alternativasde energia.
Em seu Artigo 2, pargrafo III registro de centrais geradoras termeltricas, elicas e de outras fontes de energia, de potncia at 5.000 kW, destinadas execuo de servio pblico, obriga a execuo de um cadastro, muito til para elaborao de um futuro inventrio.
Norma Tcnica ND 6.002 da ELETROPAULO sobre a apresentao de projetos e instalao de grupos geradores particulares. A inobservncia das obrigaes estabelecidas na Norma far com que o consumidor responda civil e criminalmente por futuros danos pessoais e materiais.
CONSUMO
DIESEL [L/h]POTNCIA[MW]
POTNCIA[MVA]
UNIDADES
324,2955
16.829,10 *62822,68
62,1231,8
-------108754
RGO AMBIENTAL
20042005
2007
38.094,4154,5192,5309CONCESSIONRIA DE ENERGIA ELTRICA
GERADORESORIGEM
Fonte: Pesquisa 2004/2005
* Considerado consumo especfico mdio = 170g/CV.h = 0,271L/kWh
BASE DE DADOS
Levantamento de dados sobre os grupos moto geradores instalados na Regio Metropolitana de So Paulo
FATORES DE EMISSODIESEL Lb/hp-hora g/kWh g/hp-hora
NOx s/controle 0,024 14,60 10,89NOx c/controle 0,013 7,91 5,90CO 0,0055 3,35 2,49SOx 0,00809 4,92 3,67CO2 1,16 705,6 526,17MP 0,00007 0,04 0,03TOC(comoCH4) 0,000705 0,43 0,32CH4 0,00 0,00TOC no CH4 0,00 0,00
Fonte: EPA Tabela 3.4-1 U. S. Environmental Protection Agency (Agncia Federal Americana de Proteo ao Meio Ambiente)
RESULTADOS
Os primeiros resultados do estudo foram obtidos utilizando os fatores de emisses da EPA, apresentados abaixo.
Foram feitas as seguintes consideraes para elaborao de um primeiro cenrio com relao aos poluentes atmosfricos emitidos pelos geradores diesel fornecidos pela Concessionria:
Fatores de emisso adotados foram os da tabela da EPA
Poder calorfico Inferior do Diesel = 8124 kcal/L = 9,45 kWh/L
Densidade do diesel = 0,851 Kg/L
Tempo de operao = em mdia 3 horas
Veremos no resultado a seguir que o poluente que merece ateno o NOx
Resultados anuaisNOx, pior caso, s/ controle (t/ano)
NOx, melhor caso, c/ controle (t/ano)
CO (t/ano)
SOx(t/ano) CO2 (t/ano) MP (t/ano) TOC (t/ano) TOC CH4TOC no- CH4(t/ano)
13380 7247 3066 4510 646683 39 393 0 0
Resultados diriosNOx s/ controle (t/d)
NOx c/ controle (t/d)
CO (t/d) SOx (t/d) CO2 (t/d) MP (t/d) TOC (t/d) TOC CH4(t/d)
TOC no-CH4(t/d)
45,6 24,7 10,5 15,4 2205,1 0 1 0 0
RESULTADOS OBTIDOS
Resultados 01 a partir dos grupos motogeradores instalados na RMSP cadastrados pela concessionria de energia eltrica.
FONTE DE EMISSO EMISSO (1000 t/ano) CO HC NOX SOX MP4 CO2 GASOLINA C 667,1 83,2 41,0 6,2 5,0 TUBO LCOOL + FLEX 186,4 20,1 11 - - DE DIESEL 363,7 57,3 260,6 5,6 13,9 ESCAPAMENTO TAXI 1,8 1 2,1 - - DE VECULO MOTOCICLETA E 245,4 32,6 1,8 0,4 0,8
M SIMILARES V GASOLINA C 124,6 E CRTER LCOOL 14,2 I E MOTOCICLETA E 20,9 S EVAPORATIVA SIMILARES
PNEUS TODOS OS TIPOS
OPERAES DE GASOLINA C 13,5 TRANSFERNCIA LCOOL 1,0 DE COMBUSTVEL
F I OPERAO DE PROCESSO INDUSTRIAL 38,6 12 14 17,1 31,6 X (Nmero de indstrias inventariadas) 750 800 740 245 308 A S
GRUPOS GERADORES A DIESEL (presente estudo) 3,07 0,39 13,38 4,51 0,039 646,7
TOTAL 1506,07 380,79 343,88 33,81 51,339
Estimativa de emisso das fontes de poluio do ar na RMSP
Fonte: CETESB, 2005
Resultados 02 Aplicao do modelo de disperso
Outra forma de avaliao do impacto ambiental provocado por estes equipamentos - por modelagem de disperso
Os modelos de qualidade do ar ou modelos de disperso so ferramentas matemticas que ajudam nas estimativas das concentraes de poluentes na atmosfera.
As medies so teis na obteno dos dados da situao vigente e os modelos preditivos possibilitam a criao de cenrios que podero ser validados pelas medies.
H uma complementao entre os mtodos de mediao e preditivos.
Modelo SCREEN3
MODELO - SCREEN3
Fonte pontual
Dados de entrada para fonte pontual:
Opo Urbana/Rural (U ou R)Urban/Rural Option (U=Urban , R=Rural)
Altura do Receptor Acima do Solo (m)Receptor Height Above Ground (m)
Temperatura Ambiente (K) (Usar a entrada padro de 293 K se desconhecido)
Ambient Temperature (K) Temperatura dos Gases da Chamin (K)Stack Gas Temperature (K)
Velocidade de Sada dos Gases da Chamin(m/s) ouVazo (P3-Real/min ou m3/s)
Stack Gas Exit Velocity (m/s)or
Flow Rate (ACFM ou m3/s)
Dimetro Interno da Chamin (m)Stack Inside Diameter (m)Altura da Chamin (m)Stack Height (m)Taxa de Emisso (g/s)Emission Rate (g/s)PortugusIngls
Planta localizada em So Paulo, no bairro de Pinheiros, na CETESB APLICAO DO MODELO SCREEN3.
GRUPO GERADOR DE EMERGNCIA 01 (G.01)Grupo motogerador Maquigeral com motor Diesel MWM tipo T.D. 232 V.12, com alternador Negrini de 200 kVA/160 kW.
Altura da chamin =8,0 m
Dimetro interno da chamin = 0,108 m
Velocidade de sada dos gases da chamin = 743,2 m /min = 12,39 m/s
Temperatura dos gases da chamin = 490 C = 490+273 = 763 K
Temperatura ambiente (K), (padro se desconhecida = 296 KConsumo Diesel = 162 g/CV.h
Capacidade do tanque de combustvel = 250 litros
Taxa de emisso de NOx = 1,58 g/s
MAXIMUM 1-HR CONCENTRATION AT OR BEYOND 1. M:
50. 1577 3 1.0 1.0 320.0 14.84 11.28 10.39
0
250
500
750
1000
1250
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
Automated Distance Vs. ConcentrationTerrain Height = 0,00 m.
(
u
g
/
m
*
*
3
)
Distance (m)
UNIDADES DE MONITORAMENTO DA QUALIDADE DO AR
CONSIDERAES FINAISNo h uma regulamentao ambiental especfica para grupos motogeradores de emergncia como h para o setor automotivo com o PROCONVE, portanto os fabricantes no so induzidos a adotarem novas tecnologias para o aperfeioamento dos seus produtos com relao aos fatores de emisso.
As exigncias feitas pelo rgo Ambiental hoje, como equipamentos de controle de poluio, enclausuramento e base antivibratria, esto somente a cargo dos usurios, inclusive oscustos, no sendo atingida a fonte do problema.
A Instruo Normativa da CETESB poderia ser complementada com desenvolvimento de procedimentos de ensaio e limites mximos de emisso especficos para certificao dos motores a diesel dos grupos, junto aos seus fabricantes. A exemplo dos utilizados no PROCONVE.
CONSIDERAES FINAISOs poucos grupos motogeradores que passam ou podero passar por uma avaliao, so s os instalados em locais onde as atividades esto sujeitas ao licenciamento ambiental, no caso de So Paulo, as relacionadas no artigo 57 do Regulamento da Lei Estadual 997/76, aprovado pelo Decreto 8468/76, ficando fora uma grande parcela de equipamentos, como os instalados em edifcios comerciais e residenciais, hotis, clubes e condomnios entre outros.
H necessidade da elaborao de, no mnimo, uma proposta para avaliao destas fontes estacionrias de poluio, com utilizao de modelagem, mesmo que simplificada, da disperso de poluentes. Por exemplo, pode-se adotar inicialmente o SCREEN3, um dos modelos mais simplificados disponibilizados pela USEPA, Agncia Federal Americana de Proteo Ambiental, em sua pgina eletrnica www.epa.gov/ttn/scram)
CONCLUSES E RECOMENDAESNo h um inventrio adequado, criterioso e confivel, de acordo com padres internacionais, deste tipo de fonte de poluio fixa na RMSP.
Uma primeira recomendao que pertinente, o desenvolvimento de um estudo para elaborao de inventrio de fontes estacionrias de combusto interna, o qual no existe formalizado nem pelos rgos de controle ambiental, nem pelos fabricantes e nem pelas concessionrias de energia eltrica. O que existe uma relao de equipamentos instalados que permite um certo controle por parte da concessionria, quando lhe conveniente energeticamente ou financeiramente, por questes contratuais referentes ao fornecimento de energia eltrica em situaes de substituio ou paralelismo do sistema da concessionria com grupos geradores de emergncia.
CONCLUSES E RECOMENDAESA elaborao do inventrio poderia ser iniciada com o envolvimento do rgo ambiental, concessionrias de energia eltrica atuantes na RMSP e Prefeituras.
Uma outra recomendao que, sejam identificados por especialistas, fatores de emisses para este tipo de fonte, considerando inclusive as caractersticas e composio dos combustveis comerciais disponveis, o que possibilitar que haja uma melhor qualidade da informao para elaborao de clculos posteriores.
O conhecimento do poluidor, portanto quem polui, o que emite, onde, quando e quanto, que torna possvel a realizao nas anlises ambientais nas escalas local, regional e global.
CONCLUSES E RECOMENDAESMudanas no atual cenrio de utilizao dos grupos motogeradores s ocorrero com a criao de uma regulamentao especfica para este tipo de fonte.
A Resoluo CONAMA n 382 de 26 de dezembro de 2006, que estabelece os limites mximos de emisses de poluentes atmosfricos para fontes fixas, alm de estabelecer limites de emisso para poluentes atmosfricos provenientes de processos de gerao de calor a partir da combusto externa de leo combustvel, deveria ser complementada, envolvendo os processos de gerao de calor a partir da combusto interna.
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