ASPECTOS AMBIENTAIS DA PRODUÇÃO DE ENERGIA

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1 ASPECTOS AMBIENTAIS DA PRODUÇÃO DE ENERGIA Notas das aulas da disciplina de Instalações e Serviços Industriais

2 Sumário Poluentes mais comuns Efeitos dos poluentes Equipamentos para retenção dos poluentes Leis e Entidades Oficiais no sector ambiental

3 Centrais a fuel: SO 2 NO x CO CO 2 Partículas Poluentes emitidos pelas Poluição térmica e ruído Centrais nucleares: radioactividade poluição térmica centrais térmica 2006 Instalações e Serviços Industriais 3

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5 Decreto-Lei n.º 78/2004 de Estabelece o regime da prevenção e controlo das emissões de poluentes para a atmosfera, fixando os princípios, objectivos e instrumentos apropriados à garantia de protecção do recurso natural ar, bem como as medidas, procedimentos e obrigações dos operadores das instalações abrangidas, com vista a evitar ou reduzir a níveis aceitáveis a poluição atmosférica originada nessas mesmas instalações Instalações e Serviços Industriais 5

6 Decreto-Lei n.º 78/2004 de Valor limite de emissão ou VLE» massa de um poluente atmosférico, expressa em termos de determinados parâmetros específicos, em concentração, percentagem e ou nível de uma emissão que não deve ser excedida durante um ou mais períodos determinados e calculada em condições normais de pressão e temperatura. Autocontrolo das emissões sujeitas a VLE é obrigatório e da responsabilidade do operador. Os VLE e os limiares mássicos serão revistos por meio de portarias dos Ministros da Economia, da Agricultura, Desenvolvimento Rural e Pescas e das Cidades, Ordenamento do Território e Ambiente, tendo em conta a evolução da melhor tecnologia disponível e a situação do ambiente atmosférico no território nacional 2006 Instalações e Serviços Industriais 6

7 Equivalência entre mg/m 3 e ppm Conversão de ppm (vol) para mg/m 3. Assume-se as condições de gas ideal à temperatura ambiente. 25 oc e 760 mm Hg 1ppm (vol) pollutant = = 1 liter pollutant 10 6 liter air (1 liter / 22.4) x MW x10 µ g/ gm liters x298k/ 273K x10 m / liter = 40.9 xmw µ g/ m MW - massa molecular Instalações e Serviços Industriais 7

8 Dióxido de enxofre SO 2 Responsável por 25% do S na atmosfera Derivada da combustão de fuel rico em enxofre thick-fuel-oil thin-fuel-oil carvão Concentração em zonas urbanas [3,2; 11] p.p.m Valores críticos: 0.6 p.p.m. não apresenta risco para homem 10 p.p.m» irritação respiratória 1 h a 10 p.p.m» problemas respiratórios, agravados quanto maior a temperatura e a humidade 2006 Instalações e Serviços Industriais 8

9 Óxidos de azoto - NO x NO obtido da combustão de combustíveis fósseis Formação é favorecida com temperatura de combustão altas Concentração depende da concentração de O 2 na combustão e da duração do processo Fortes emissores: veículos automóveis [3000, 6000] p.p.m A luz solar transforma o NO em NO 2 por oxidação e presença de matéria orgânica no ar NO 2 mais agressivo para o homem do que o NO NO 2 tem afinidade com hemoglobina, fluido transportador do O 2. Forma um ácido nos pulmões, sendo mais tóxico do que o CO para igual concentração Valores críticos: [0.06, 0.1] p.p.m»» problemas respiratórios 2006 Instalações e Serviços Industriais 9

10 Chuvas ácidas ph médio de água da chuva 5.6 (ligeiramente ácida devido à formação do ácido carbónico CO 2 +H 2 O) A combinação de SO 2 e NO x com água ou vapor de água (HNO 3, H 2 SO 4 )» chuva ou neve ácida» sérios riscos para o ambiente, com ph < 5.6 Contribuição para acidez da chuva ou neve SO 2» 60 % NO x» 35 % outros» 5 % 2006 Instalações e Serviços Industriais 10

11 Monóxido de carbono - CO Causas para a produção de CO Naturais: minas de carvão, fogos florestais» 10% Artificiais: veículos automóveis+ centrais térmicas» 90% Risco para o homem Semelhante ao associado ao NO Tem afinidade com hemoglobina, fluido transportador do O 2. Forma um ácido nos pulmões, sendo menos tóxico do que o NO para igual concentração Valores críticos: 100 p.p.m.» Dor de cabeça 500 p.p.m.» Colapso 1000 p.p.m.» Morte 2006 Instalações e Serviços Industriais 11

12 Dióxido de carbono CO 2 Causas para a produção de CO 2 Naturais: Decomposição de matéria orgânica Artificiais: Centrais térmicas» forte emissor de CO 2 Risco para o homem Não é considerado propriamente um poluente Essencial para as plantas Essenciais para a vida humana Mecanismo de renovação do CO 2 Fotosíntese: Na presença da luz solar as plantas verdes convertem CO 2, água e minerais em O 2 e vários componentes orgânicos 2006 Instalações e Serviços Industriais 12

13 Efeito de estufa na atmosfera A atmosfera deixa passar radiação de baixo comprimento de onda, atingindo grande parte da radiação a superfície da Terra Parte da radiação é absorvida pela Terra, vindo a provocar o seu aquecimento, outra é reflectida O CO2 e o vapor de água na atmosfera absorvem grande parte da radiação de grande comprimento de onda, vinda da superfície da Terra, fazendo com que essa radiação retorne à superfície da Terra. O aumento da concentração de CO2 é responsável pelo aumento da temperatura da Terra Consequências: fusão do gelo polar» subida do nível das águas do mar» inundações nas zonas costeiras 2006 Instalações e Serviços Industriais 13

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16 Partículas Causas para a produção de partículas Naturais: Fogos florestais, poeiras (vento, tempestades, vulcões), nevoeiro Artificiais: Cinzas das centrais térmicas, poeiras/aprtículas (orgânicas e metálicas) das indústrias várias (cimenteira, siderúrgica, cerâmica), Efeito das partículas na atmosfera Diminuição da visibilidade, aumento da corrosão Produz mau estar no homem, porque absorvem substâncias tóxicas presentes na atmosfera Contrabalança o efeito do aumento da concentração do CO2» Ajuda a reflectir parte da radiação incidente proveniente do Sol, evitando o aquecimento da superfície da Terra 2006 Instalações e Serviços Industriais 16

17 Partículas- valores críticos Área não urbanas» 28 µg/m 3 Maior concentração de partículas» d p < 2 µm Numa zona altamente poluída com partículas um indivíduo respira 1 mg/dia, ficando as maiores depositadas nas mucosas do nariz atingindo as mais pequenas os pulmões. Média anual de µg/m 3» problemas respiratórios µg/m 3» bronquite 2006 Instalações e Serviços Industriais 17

18 Retenção dos poluentes Retenção de gases Lavadores de gases sulfurosos wet-scrubber dry-scrubber Retenção de partículas Precipitadores electrostáticos Filtro de sacos Ciclones 2006 Instalações e Serviços Industriais 18

19 Lavadores de gases sulfurosos Wet Scrubber Princípio: Os gases sulfurosos são obrigados a atravessar um canal onde são lavados com uma suspensão húmida de calcário (CaCO 3 ) e cal (CaO). A suspensão entra em contacto com os gases e absorve o SO 2, por reacção dando origem a sulfito e sulfato, os quais são reciclados ao serem adicionados à cal e calcário fresco. A suspensão é preparada humidificando a cal e o calcário Vantagem: permite alta eficiência de remoção de SO 2 Desvantagem: manter a escala na construção da torre de pulverização sem provocar entupimento; necessidade de reaquecer o caudal de gás; queda de pressão» ventilador mais potente, maiores custos de operação 2006 Instalações e Serviços Industriais 19

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21 Lavadores de gases sulfurosos Dry Scrubber Princípio: Os gases sulfurosos são obrigados a atravessar um canal onde são lavados com uma suspensão líquida de cal (CaO). A suspensão é atomizada entrando em contacto com os gases e absorve o SO 2, por reacção dando origem a sulfito de cálcio e sulfato. Devido ao pequeno tamanho do spray de partículas a suspensão é rapidamente seca pelos gases quentes. A suspensão é preparada misturando a cal em água através de um agitador Vantagem: operar a seco Desvantagem: eficiência de remoção baixa; exigência requerida no projecto de optimização dos sprays 2006 Instalações e Serviços Industriais 21

22 Precipitador electrostático Princípio: Existem dois conjuntos de electrodos (electrodos colectores e electrodos de descarga), através dos quais se escoa os gases+partículas. Entre os dois electrodos existe um campo eléctrico unidirecional resultante da aplicação de uma tensão entre kv. O campo eléctrico é função da tensão eléctrica. Quando o campo eléctrico é elevado há uma aceleração dos electrões livres que provoca a ionização das moléculas de gás e a formação de iões. O movimento desses electrões dá origem a mais electrões livres e iões. Os iões positivos migram para o electrodo negativo Os ioões negativos colidem com as partículas em suspensão e carregam-se negativamente. Quando tiverem carga suficiente migra m para o electrodo Terra, com uma velocidade proporcional ao produto da carga pelo campo eléctrico 2006 Instalações e Serviços Industriais 22

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24 Precipitador electrostático velocidade de migração da partícula Vm=[2.95x10-12 fp (E/s) 2 d]/µs fp - função da dielétrica (1,5 a 2.4) E - tensão s - distância entre a carga e os eletrodos colectores d - diâmetro da particula µ - viscosidade 2006 Instalações e Serviços Industriais 24

25 Filtro Princípio: passagem da suspensão através de uma placa/saco poroso. A limpeza dos sacos que retêm as partículas é feita por efeito de vibração induzida por batimentos mecânicos. Desvantagem: Elevado espaço ocupado 2006 Instalações e Serviços Industriais 25

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27 Ciclone Princípio: A suspensão por efeito da aceleração gravítica sofre uma separação entre partículas maiores e mais pequenas. A entrada tangencial do escoamento faz com que as partículas mais pesadas sejam projectadas para a parede e se depositem no fundo onde serão depois recolhidas Instalações e Serviços Industriais 27

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29 Poluição térmica e ruído Libertação de energia para a atmosfera Energia perdida no condensador Para uma unidade de 1000MW uma aumento da eficiência» redução do calor rejeitado de 35.7% Ruído: Limite aceitável 80 db 2006 Instalações e Serviços Industriais 29

30 Legislação/Entidades Decretos-lei e Portarias Recomendações europeias e internacionais Acordos/convenções internacionais Ministério Ambiente EPA - Environment Protection Agency UE Instalações e Serviços Industriais 30