Conversões e fórmulas úteis para modelagem de dispersão de ar - Useful conversions and formulas for air dispersion modeling

Vários órgãos governamentais envolvidos com a proteção ambiental e com a segurança e saúde ocupacional promulgaram regulamentos que limitam as concentrações permitidas de poluentes gasosos no ar ambiente ou em emissões para o ar ambiente. Esses regulamentos envolvem várias expressões diferentes de concentração. Alguns expressam as concentrações como ppmv e alguns expressam as concentrações como mg / m ³ , enquanto outros requerem o ajuste ou correção das concentrações para as condições de referência de teor de umidade, teor de oxigênio ou teor de dióxido de carbono. Este artigo apresenta um conjunto de conversões e fórmulas úteis para a modelagem da dispersão no ar de poluentes atmosféricos e para o cumprimento das diversas regulamentações de como expressar as concentrações obtidas por essa modelagem.

Conversão das concentrações de poluentes atmosféricos

As equações de conversão dependem da temperatura na qual a conversão é desejada (geralmente cerca de 20 a 25 graus Celsius ). A uma pressão de ar ambiente de 1 atmosfera (101,325 kPa ), a equação geral é:

${\ displaystyle \ mathrm {ppmv} = \ mathrm {mg} / \ mathrm {m} ^ {3} \ cdot {\ frac {(0,08205 \ cdot T)} {M}}}$

e para a conversão reversa:

${\ displaystyle \ mathrm {mg} / \ mathrm {m} ^ {3} = \ mathrm {ppmv} \ cdot {\ frac {M} {(0,08205 \ cdot T)}}}$

Onde:
ppmv	= concentração de poluentes atmosféricos, em partes por milhão por volume
mg / m 3	= miligramas de poluente por metro cúbico de ar
${\ displaystyle T}$	= temperatura atmosférica em Kelvins = 273,15 + ° C
0,08205	= Constante da lei universal dos gases em atm · l / (mol · K)
${\ displaystyle M}$	= peso molecular do poluente do ar (adimensional)

Notas:

• Os regulamentos de poluição nos Estados Unidos normalmente fazem referência a seus limites de poluentes a uma temperatura ambiente de 20 a 25 ° C, conforme observado acima. Na maioria das outras nações, a temperatura ambiente de referência para limites de poluentes pode ser 0 ° C ou outros valores.
• 1 por cento em volume = 10.000 ppmv (ou seja, partes por milhão em volume).
• atm = pressão atmosférica absoluta em atmosferas
• mol = grama mol

Correção de concentrações para altitude

As concentrações de poluentes atmosféricos expressas como massa por unidade de volume de ar atmosférico (por exemplo, mg / m ³ , µg / m ³ , etc.) ao nível do mar diminuirão com o aumento da altitude porque a pressão atmosférica diminui com o aumento da altitude.

A mudança da pressão atmosférica com a altitude pode ser obtida a partir desta equação:

${\ displaystyle P_ {a} = 0,9877 ^ {a}}$

Dada uma concentração de poluente atmosférico a uma pressão atmosférica de 1 atmosfera (ou seja, na altitude ao nível do mar), a concentração em outras altitudes pode ser obtida a partir desta equação:

${\ displaystyle C_ {a} = C \ cdot 0,9877 ^ {a}}$

Onde:
${\ displaystyle a}$	= altitude, em centenas de metros
${\ displaystyle P}$	= pressão atmosférica em altitude , em atmosferas ${\ displaystyle a}$
${\ displaystyle C}$	= Concentração na altitude ao nível do mar, em massa por unidade de volume
${\ displaystyle C_ {a}}$	= Concentração na altitude , em massa por unidade de volume ${\ displaystyle a}$

Como exemplo, dada uma concentração de 260 mg / m ³ ao nível do mar, calcule a concentração equivalente a uma altitude de 1.800 metros:

C _a = 260 × 0,9877 ¹⁸ = 208 mg / m ³ a 1.800 metros de altitude

Condições padrão para volumes de gás

Um metro cúbico normal (Nm ³ ) é a expressão métrica do volume de gás em condições padrão e é geralmente ( mas nem sempre ) definido como sendo medido a 0 ° C e 1 atmosfera de pressão.

Um pé cúbico padrão (scf) é a expressão dos EUA do volume de gás em condições padrão e é frequentemente ( mas nem sempre ) definido como sendo medido a 60 ° F e 1 atmosfera de pressão. Existem outras definições de condições de gás padrão usadas nos EUA além de 60 ° F e 1 atmosfera.

Sendo assim entendido:

1 Nm ³ de qualquer gás (medido a 0 ° C e 1 atmosfera de pressão absoluta) é igual a 37.326 scf desse gás (medido a 60 ° F e 1 atmosfera de pressão absoluta).

1 kmol de qualquer gás ideal é igual a 22,414 Nm ³ desse gás a 0 ° C e 1 atmosfera de pressão absoluta ... e 1 lbmol de qualquer gás ideal é igual a 379,482 scf desse gás a 60 ° F e 1 atmosfera de pressão absoluta.

Notas:

• kmol = quilomole ou quilograma mol
• lbmol = libra mol

Fatores de conversão de velocidade do vento

Os dados meteorológicos incluem as velocidades do vento que podem ser expressas como milhas estatutárias por hora, nós ou metros por segundo. Aqui estão os fatores de conversão para essas várias expressões de velocidade do vento:

1 m / s = 2,237 milha estatutária / h = 1,944 nós
1 nó = 1,151 milha estatutária / h = 0,514 m / s
1 milha estatutária / h = 0,869 nós = 0,447 m / s

Observação:

• 1 milha estatutária = 5.280 pés = 1.609 metros

Corrigindo para condições de referência

Muitos órgãos de proteção ambiental emitiram regulamentos que limitam a concentração de poluentes nas emissões gasosas e definem as condições de referência aplicáveis ​​a esses limites de concentração. Por exemplo, tal regulamento pode limitar a concentração de NOx a 55 ppmv em um gás de exaustão de combustão seca corrigido para 3 por cento em volume de O ₂ . Como outro exemplo, um regulamento pode limitar a concentração de material particulado a 0,1 grão por pé cúbico padrão (isto é, scf) de gás de exaustão seco corrigido para 12 por cento em volume de CO ₂ .

As agências ambientais nos EUA geralmente denotam um pé cúbico padrão de gás seco como "dscf" ou "scfd". Da mesma forma, um metro cúbico padrão de gás seco é freqüentemente denominado "dscm" ou "scmd" (novamente, por agências ambientais nos EUA).

Corrigindo para uma base seca

Se uma amostra de emissão gasosa for analisada e constatar que contém vapor de água e uma concentração de poluente de, digamos, 40 ppmv, então 40 ppmv deve ser designada como a concentração de poluente de "base úmida". A seguinte equação pode ser usada para corrigir a concentração medida de "base úmida" para uma concentração de " base seca ":

${\ displaystyle dry \; base \; concentração = (molhado \; base \; concentração) / (1-w)}$

Onde:
${\ displaystyle w}$	= fração do gás de exaustão emitido, em volume, que é vapor d'água

Assim, uma concentração de base úmida de 40 ppmv em um gás com 10 por cento em volume de vapor de água teria uma concentração de base seca = 40 ÷ (1 - 0,10) = 44,44 ppmv.

Correção para um teor de oxigênio de referência

A seguinte equação pode ser usada para corrigir uma concentração de poluente medida em um gás emitido (contendo um teor de O ₂ medido ) para uma concentração de poluente equivalente em um gás emitido contendo uma quantidade de referência especificada de O ₂ :

${\ displaystyle C_ {r} = C_ {m} \ cdot {\ frac {(20,9-r)} {(20,9-m)}}}$

Onde:
${\ displaystyle C_ {r}}$	= concentração corrigida em um gás seco com um volume de referência especificado% O 2 =${\ displaystyle r}$
${\ displaystyle C_ {m}}$	= concentração medida em um gás seco tendo um volume de% O 2 medido =${\ displaystyle m}$

Assim, um NÃO medido
x concentração de 45 ppmv (base seca) em um gás com 5% em volume de O ₂ é
45 × (20,9 - 3) ÷ (20,9 - 5) = 50,7 ppmv (base seca) de NO
x quando corrigido para um gás com um teor de O _{2 de} referência especificado de 3% em volume.

Correção para um teor de dióxido de carbono de referência

A seguinte equação pode ser usada para corrigir uma concentração de poluente medida em um gás emitido (contendo um teor de CO ₂ medido ) para uma concentração de poluente equivalente em um gás emitido contendo uma quantidade de referência especificada de CO ₂ :

${\ displaystyle C_ {r} = C_ {m} \ cdot {\ frac {r} {m}}}$

Onde:
${\ displaystyle C_ {r}}$	= concentração corrigida em um gás seco com um volume de referência especificado% CO 2 =${\ displaystyle r}$
${\ displaystyle C_ {m}}$	= concentração medida em um gás seco com um volume medido de% CO 2 =${\ displaystyle m}$

Assim, uma concentração de partículas medida de 0,1 grão por dscf em um gás que tem 8% em volume de CO ₂ é
0,1 × (12 ÷ 8) = 0,15 grão por dscf quando corrigido para um gás com um teor de CO _{2 de} referência especificado de 12% em volume .

Notas:

• Embora ppmv e grãos por dscf tenham sido usados ​​nos exemplos acima, concentrações como ppbv (isto é, partes por bilhão por volume), porcentagem de volume, gramas por dscm e muitos outros também podem ser usados.
• 1 por cento em volume = 10.000 ppmv (ou seja, partes por milhão em volume).
• Deve-se ter cuidado com as concentrações expressas em ppbv para diferenciar entre o bilhão britânico que é 10 ¹² e o bilhão dos EUA que é 10 ⁹ .

Veja também

• Condições padrão de temperatura e pressão
• Conversão de unidades por rótulo de fator
• Modelagem de dispersão atmosférica
• Modelagem de dispersão de ar em rodovias
• Bibliografia de modelagem de dispersão atmosférica
• Termos de fonte de liberação acidental
• Fluxo obstruído

Referências

links externos

• Mais conversões e fórmulas úteis na modelagem de dispersão do ar estão disponíveis nos artigos em www.air-dispersion.com .
• O curso tutorial da EPA dos EUA contém informações muito úteis.