Projeto de extensão em análise de gases de emissões atmosféricas

Apenas o nome do colaborador da Info Usado foi mantido. Todas as demais informações como nomes de pessoas e empresas foram removidos. O laboratório onde foi desenvolvida esta atividade foi denominado EMPRESA.

Como a Info Usado liberou o colaborador para tal atividade e também faz o correto descarte de todo o lixo eletrônico, este trabalho aqui foi publicado.

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Gases de emissões atmosféricas diz respeito aos gases emitidos de chaminés de caldeiras, poeira de agroindústrias, queima de biomassa, transporte de farinha e outros

A Organização das Nações Unidas (ONU) criou e divulgou 17 Objetivos de Desenvolvimento Sustentável para os países-membros, com a finalidade de contribuir para a paz e a prosperidade do planeta, das pessoas e do meio ambiente, incluindo a flora e a fauna, tanto presente quanto no futuro.

Dentre as metas, duas destacaram-se no desenvolvimento desta atividade de extensão:

- Ação contra a mudança global do clima (Objetivo 13);

- Vida terrestre (Objetivo 15).

A interseção dessas diretrizes com a atividade de extensão contribuiu e permitiu que o acadêmico Márcio associasse a teoria à prática. Desta forma, desbravou-se um novo terreno que o estudante jamais imaginou explorar: monitoramento e medição da qualidade dos gases de emissões atmosféricas industriais. Além disso, pôde ambientar-se e participar, mesmo que temporariamente, da realidade de um laboratório certificado pelo Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (INMETRO), atuando nass análises, apontamentos, métodos, certificações, regulamentações, normas regulamentadoras e relatórios quando da investigação dos filtros utilizados para reter as partículas do ambiente interno ou externo das indústrias, bem como as emissões atmosféricas dessas.

Sem dúvida, com tantos formulários a serem cuidadosamente preenchidos com dados proveniente da coleta das emissões das chaminés ou do ambiente do trabalho dos operários da indústria manufatureira, esses números foram tratados em fórmulas controladas por métodos rigorosamente precisos, o que evidencia o cumprimento das regras impostas pelo Governo do Estado do Paraná, por meio do Instituto Água e Terra (IAT), com o objetivo de fiscalizar quais negócios atendem aos requisitos máximos exigidos por suas licenças de operação.

Para desenvolvimento da atividade de extensão, foi proposto o seguinte objetivo geral:

Apresentar os equipamentos e as ferramentas utilizadas pela EMPRESA que cedeu espaço para realização da atividade de extensão na análise do ar em ambientes industriais.

Os objetivos específicos foram:

a) Apresentar os equipamentos;

b) Descrever os métodos e as normas que regulamentam as atividades de medição.

A justificativa na escolha da EMPRESA baseou-se em razões profissionais. O acadêmico exerce atividades de coleta e descaracterização de resíduos eletroeletrônicos, o que facilitou a solicitação de oportunidade para realizar a disciplina Atividade de Extensão nas instalações da empresa.

A metodologia utilizada foi estudo de caso, visando explorar, vivenciar e descrever o ambiente de um laboratório cujo propósito é coletar, tratar e formalizar um conjunto de dados dos filtros de ar referentes às medições da qualidade de ar em indústrias paranaenses e catarinenses.

O público-alvo consistiu em indústrias com licenças de operação que precisam comprovar e cumprir os requisitos exigidos pelo IAT sobre a qualidade do oxigênio, monóxido de carbono e dióxido de carbono, por exemplo, e entre outros.

A quantidade de pessoas atendidas ou impactadas pela Atividade de Extensão é indeterminada, uma vez que não se trata de uma ação social e toda a execução foi no interior de um laboratório.

A EMPRESA é uma empresa sediada em Pato Branco-PR. Fundada em primeiro de julho de 1995, atua no serviço de monitoramento e medição de:

- Gases de combustão de caldeiras e fornos;

- Partículas totais em suspensão no ar;

- Materiais particulados em dutos e chaminés.

A empresa atende indústrias do sudoeste e oeste do Paraná e oeste de Santa Catarina.

Para facilitar o entendimento deste trabalho, ele foi dividido em três partes, que descrevem separadamente cada equipamento com suas respectivas características de trabalho e operação, utilizados pela EMPRESA. São eles:

a) Coletor isocinético;

b) Amostrador de grande volume;

c) Analisador de gases.

Coletor Isocinético

O coletor isocinético tem como objetivo coletar o material particulado expelido de chaminés industriais, dutos de ventilação de caldeira, filtros de manga e ciclones. Estas emissões podem ser pontuais ou fugitivas.

Um laticínio, por exemplo, utiliza uma caldeira para gerar calor para contribuir com o processo de pasteurização do leite, sendo comum a utilização de cavacos (pequenos pedaços de madeira) para alimentar o fogo. E nesta caldeira existe uma chaminé para evacuar a fumaça, que precisa ser monitorada uma, duas, três ou quatro vezes por ano por um coletor isocinético. Quem define a periodicidade é o IAT por meio das licenças de operação concedidas às industrias.

A EMPRESA atua neste tipo de serviço: monitorar a qualidade das emissões atmosféricas com o uso do coletor isocinético. A marca utilizada é Emiatec, modelo ER3. Por ser automatizado, o ER3 mede o processo de Material Particulado Total (MTP), isto é, avalia a qualidade dos poluentes atmosféricos. Por ser portátil, pode ser utilizado para diferentes medições diferentes locais da indústria, e, em alguns casos, as medições devem ser realizadas sobre os telhados dos barracões.

A imagem abaixo foi retirada da própria Emiatec e mostra um operador segurando uma sonda que está no interior da chaminé. O equipamento à direita, parte inferior, é o ER3.

Imagem 1: operador segurando uma sonda no interior de uma chaminé. Fonte: site da Emiatec.

Como existem normas que regulamentam a característica de um medidor isocinético, todo fabricante precisa cumprir os requisitos exigidos pela Norma Brasileira Regulamentadora 12827:2017. Uma característica essencial que todo coletor isocinético deve ter é o controle adequado da sucção para ser compatível com a velocidade de deslocamento da fumaça. Caso o aparelho aspire mais fumaça do que o adequado, a amostra apresentará distorções na quantidade de partículas emitidas pela indústria.

As medições realizadas pelo coletor isocinético são as seguintes:

a) Material Particulado Total: são as partículas expelidas pelas chaminés ou sistemas de exaustão, ou seja, em suspensão no fluxo gasoso. É comum encontrar a sigla MPT para este material.

Imagem 2: material particulado coletado em quatro diferentes chaminés e sistemas de exaustão de gases. Fonte: arquivo próprio.

Conforme Imagem 1, a sonda absorve a fumaça, que passa pelo filtro mostrado na Imagem 2. Cada filtro acima foi de uma chaminé diferente, com ou sem fogo. A Imagem 3 mostra vários porta-filtros usados na ponta da sonda do ER3, que atuam como “ponteiras” no interior das chaminés. O tubo arredondado, em formato de ponto de interrogação, é rosqueado na sonda, e a base do porta-filtro é a parte que entra em contato com a fuligem.

Imagem 3: portas-filtros. Fonte: arquivo próprio.

b) Temperatura, pressão e umidade: o fluxo do gás é influenciado pela temperatura, pressão e umidade. A temperatura interfere na densidade, enquanto a pressão afeta o volume. A identificação da umidade é necessária para corrigir a concentração dos poluentes.

Para obter medidas precisas, o ER3 utiliza o procedimento de bulbo seco e bulbo úmido. No equipamento, é utilizado um pedaço de algodão umedecido, colocado no porta-filtro, e parte do gás da chaminé é direcionado a ele até que seque. O bulbo seco indicará a temperatura ambiente, enquanto o bulbo úmido ajuda a determinar a tempetaura do gás. A diferença entre esseas temperaturas, associada à pressão atmosférica, auxilia na determinação da pressão do gás e outros dados.

Imagem 4: medição do peso do porta-filtro com o filtro em uma balança de precisão. Fonte: arquivo próprio.

Na Imagem 4, o acadêmico pesa o porta-filtro com o filtro para determinar a quantidade de material particulado total. Para estar de acordo com o INMETRO, os laboratórios devem cumprir com a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) Norma Brasileira Regulamentadora (NBR) International Organization Standardization (ISO)/International Electrotechnical Commission (IEC) 17025 - Requisitos Gerais para a Competência de Laboratórios de Nesaio e Calibração. A finalidade é aumentar a eficácia dos laboratórios e prevenir resultados equivocados.

Ainda segundo a norma, é necessária a checagem intermediária da balança e das condições ambientais. Como os filtros pesam entre dois e 50 gramas, essa verificação é realizada antes de qualquer pesagem para um perfeito aferimento. Assim, a balança é testada com dois pesos distintos: dois e 50 gramas. Um terceiro peso de 200 gramas é usado para testar o limite da mesma. Todos esses testes são documentados, incluindo registro de data, hora e peso em gramas, para rastrear eventuais erros sem comprometer as amostras.

Além disso, a balança passa pelo teste de proficiência. A cada dois anos, a EMPRESA compra um peso com medida desconhecida e realiza a pesagem, informanado o valor à instituição credenciada do INMETRO. Posteriormente, a EMPRESA é notificada sobre a precisão ou erro da medida, garantindo a confiabilidade do equipamento.

O ER3 também é submetido a exames de proficiência. Neste caso, dois colaboradores da EMPRESA deslocam-se até o estado do Rio de Janeiro para testar o equipamento em simulações de emissões atmosféricas em chaminés. Este procedimento é promovido pelo Programa Brasileiro de Proeficiencia (PBRP).

A quantidade de amostragens a ser realizada com o coletor isocinético é determinada pela NBR 12827:2017. A altura e o diâmetro da chaminé, conforme diretriz da norma, define a quantidade de amostras, as posições da sonda no interior da chaminé (centro, esquerda ou direita) e a profundidade de inserção. Em chaminés pequenas, o tempo mínimo necessário pode ser de 30 minutos.

Amostrador de Grande Volume

O Amostrador de Grande Volume (AGV) tem a finalidade de cumprir o método de Partículas Totais em Suspensão (PTS). A EMPRESA optou pelo modelo HIVOL da marca Equipo. Diferentemente do coletor isocinético, que é voltado para chaminés ou exaustores de filtros de sistema de exaustão, o HIVOL é usado em ambientes abertos, como pátios de empresas, para coletar um alto volume de ar e identificar a massa total das partículas inaláveis, independente do tamanho, presentes no ar.

É necessário que o aparelho fique ligado sete dias da semana, sem interrupção, e que o filtro seja substituído a cada 24 horas. Dessa forma, ao finalizar a coleta das amostras, deve-se ter sete filtros em mãos. Esta função de substituição é, normalmente, desempenhada por um colaborador da indústria que contratou os serviços da EMPRESA. A função do colaborador da EMPRESA é levar o instrumento até a empresa, instruir o responsável em como operar o HIVOL e que é contratado em regime trabalhista da empresa-cliente, retornar após sete dias para coletar o AGV e os sete filtros, e enviar as amostras para o laboratório da EMPRESA.

A imagem abaixo mostra dois filtros diferentes e a colaração das partículas totais em suspensão coletadas durante 24 horas.

Imagem 5: dois filtros do HIVOL. Fonte: arquivo próprio.

Imagem 5.1: dois filtros do HIVOL. Fonte: arquivo próprio.

A estrutura do HIVOL é ter uma carenagem metálica, com altura de aproximadamente 1,5 metros, largura e profundidade de 45 centímetros. Em seu interior, há uma bomba de sucção do ar e um dispositivo, similar ao tacógrafo de caminhões, para medir o tempo que o HIVOL permaneceu ligado.

A imagem 6 mostra um HIVOL. Ao lado dele há uma estação metereológica que monitora a previsão de chuva, temperatura, umidade do ar, velocidade e direção do vento.

Imagem 6: HIVOL e, ao lado esquerdo, a estação metereológica. Fonte: arquivo próprio.

A imagem 7 mostra onde é instalado o filtro do HIVOL, conforme evidenciado na imagem 5.

Imagem 7: compartimento do filtro no HIVOL. Fonte: arquivo próprio.

A norma responsávelo pelos AGVs é a NBR 9547 de 1997, que estabelece um padrão para as medições das particulas totais suspensas, definindo especificações dos filtros a serem usados, a duração e frequência da coleta do ar nas amostras, bem como os cálculos necessários para a concentração das partículas.

Uma das métricas mais importantes é de que as amostras não podem ultrapassar mais de 240 µg/m³, pois valores acima disso indicam que o ar está altamente contaminado com impurezas.

Assim como o filtro do coletor isocinético precisa ser desumidificado para a obtenção de sua massa, o mesmo deve ser feito com os filtros do AGV: cada um é pesado na balança de precisão.

Analisador de Gases de Combustão

O analisador de gases de combustão identifica quais os elementos químicos presentes na emissão. O instrumento utilizado é o Chemist 600, da marca ECIL, com capacidade para identificar os gases O₂, CO, NO/NOx, SO₂, NO₂, CxHy, CO₂, H₂S e NH₃.

A diferença entre o ER3 e o Chemist é que o primeiro identifica as partículas físicas, enquanto o Chemist as partículas químicas, com suas respectivas representações parciais no total da emissão.

Imagem 8: Chemist 600. Fonte: site da ECIL.

A imagem 9 mostra a tela com resultados de teste do Chemist ao analisar o ar da sede da EMPRESA. Como experimento, o Chemist é regularmente usado na análise de emissões atmosféricas de chaminés.

Imagem 9: resultado do teste do Chemist. Fonte: arquivo próprio.

É imprescindível o cuidado com as emissões devido à sua pericolisidade para a saúde humana. O CO, monóxido de carbono, é tóxico e foi o responsável pela morte de quatro jovens no interior de uma BMW em janeiro de 2024, após um vazamento do gás dentro do veículo.

Dessa forma, o Chemist é utilizado principalmente em chaminés de caldeiras ou outros locais de combustão industrial. As medidas são usadas para garantir o cumprimento dos requisitos de emissão estabelecidas nas licenças de operação. O seu tempo de análise é de 10 minutos.

Diferentemente do ER3 e do HIVOL, o Chemist dispensa o uso de filtros. Todavia, ele imprime um relatório, conforme a imagem abaixo. O relatório é posteriormente entregue ao laboratório para as devidas análises dos gases identificados.

Imagem 10: relatório impresso da análise realizada pelo Chemist. Fonte: arquivo próprio.

Segundo a Secretaria de Estado do Meio Ambiente e Recursos Hídricos (SEMA) do Paraná, a Resolução 016/2014, define como referência 11% para o O₂ quando usada a madeira como combustível. Isso significa que as indústrias devem controlar a combustão de suas caldeiras para obter uma queima completa, emitindo mais CO₂ do que CO. Se houver menos oxigênio, a queima será incompleta, resultando em maior emissão de CO, que é mais prejudicial à fauna e à flora. As plantas, por exemplo, utilizam o CO₂ na fotossíntese, o que reforça a importância da qualidade da combustão e do monitoramento das emissões com o Chemist.

Assim como os demais aparelhos mencionados, o Chemist deve passar por rigorosos processos de calibrações em empresas credenciadas pelo INMETRO. Na calibração, os seguintes itens são considerados para definição da incerteza, sendo adotado sempre o maior valor entre os quatro abaixo:

- Desvio-padrão (repetibilidade);

- Resolução do aparelho;

- Grau de dúvida do aparelho;

- Erro do certificado do próprio aparelho.

O controle da incerteza contribui para a confiabilidade das medições. As normas para as incertezas são regulamentadas pelos Requisitos de Medição (RM) 68 e pelo Guia de Verificação de Medição (GVM).

Discussão e Resultado

O acadêmico desempenhou todas as atividades no laboratório da EMPRESA, conforme demonstrado no Quadro 1, que evidencia a jornada da atividade de extensão. Não foi possível atuar na externa, ou seja, manipular os instrumentos em industrias, pois havia a necessidade de atender a requisitos para entrada nos espaços internos, como o uso de Equipamento de Proteção Individual (EPI) e capacitação em normas regulamentadoras específicas.

Contudo, foram desenvolvidas as seguintes tarefas:

- Ser orientado por dois profissionais de áreas distintas: um químico e um engenheiro ambiental;

- Leitura e aplicação de Procedimentos Operacionais Padrões (POP);

- Tomar conhecimento de normas regulamentadoras;

- Participação nos processos de coleta, limpeza e pesagem das amostras, bem como no tratamento e análise dos dados;

- Preenchimento de relatórios;

- Vivência do processo administrativo;

- Acompanhamento de testes dos equipamentos no laboratório;

- Operação de estufas e da balança de precisão;

- Desenvolvimento da noção sobre a importância do controle da temperatura e umidade de um laboratório.

A atividade de extensão abriu uma nova vertente na mente do acadêmico, pois desconhecia a profissão de análise e monitoramento de emissões atmosféricas. Trata-se de uma área intrigante, devido à numerosa quantidade de métodos e normas que devem ser seguidos para entregar dados confiáveis, como a quantidade de partículas geradas por uma chaminé, por exemplo.

Os cuidados necessários para gestão de um laboratório certificado pelo INMETRO são essenciais para garantir a integridade na entrega de relatórios que serão utilizados pelo governo estadual na avaliação da qualidade das emissões atmosféricas. Sem dúvida, o trabalho da EMPRESA é um elo importante na garantia da sustentabilidade ambiental e da qualidade do ar de que todas as criaturas do planeta dependem para sua sobrevivência.

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Márcio Baldo