ENVI-met como uma ferramenta de análise da qualidade do ar em micro-escala

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  • ENVI-met como uma ferramenta de análise da qualidade do ar em micro-escala

    1. 1. Princípios de Sustentabilidade e Conforto ENVI-met como uma ferramenta de diagnóstico de qualidade do ar urbano em microescala Mestrando: Francisco B C Rasia Orientador: Prof. Eduardo Leite Krüger UTFPR | 16.set.2009
    2. 2. Apresentação Técnico em Edificações (CEFET-PR) Arquitetura e Urbanismo (UFPR) Fotógrafo Téssera Companhia de Dança da UFPR Arquiteto (iX arquitetura) Loop Le Monkey - visualista 1994 1997 2003 2009 2
    3. 3. Área do conhecimento PLANEJAMENTO URBANO E REGIONAL: Aspectos físico-ambientais do planejamento urbano e regional 3
    4. 4. Título da dissertação Simulação e análise da circulação do ar nas avenidas estruturais em Curitiba (previsão de conclusão: 2010) 4
    5. 5. Palavras-chave ENVI-met; Climatologia urbana; Planejamento urbano; Qualidade do ar 5
    6. 6. Introdução Desde os anos 1970, a urbanização de Curitiba tem sido dirigida ao longo de quatro eixos estruturais, sistemas trinários que concentram a infraestrutura de transporte de massa (ônibus expressos). Embora novos polos de urbanização tenham surgido em Curitiba nos últimos anos, a importância das vias estruturais como elementos direcionadores do crescimento urbano ainda se mantém. 6
    7. 7. Introdução: Eixos estruturais Fonte: SUGA 2005 7
    8. 8. Clima da camada limite 8
    9. 9. Clima da camada limite O estudo do clima nessa camada enfoca fenômenos atmosféricos que ocorrem em altitudes de 100m a 1km, distâncias horizontais de até cinquenta quilômetros e em períodos de um dia (OKE 1978). 8
    10. 10. Clima da camada limite O estudo do clima nessa camada enfoca fenômenos atmosféricos que ocorrem em altitudes de 100m a 1km, distâncias horizontais de até cinquenta quilômetros e em períodos de um dia (OKE 1978). Segundo o modelo proposto por Oke, as vias estruturais podem ser consideradas fontes lineares de poluentes. A dispersão dessas substâncias pode ser negativamente afetada pelas condições microclimáticas dentro dos cânions urbanos, onde potencialmente ocorrem condições de estagnação dos fluxos de ar e aumento da concentração de poluentes. 8
    11. 11. Sistema Clima Urbano 9
    12. 12. Sistema Clima Urbano Além dos elementos físicos (naturais e construídos) de uma cidade, Monteiro propõe a inclusão de fenômenos econômicos e sociais que ocorrem em espaços invisíveis e relativos: “as relações sociais em si não tem significação concreta, mas os padrões de comportamento dos habitantes da cidade e as expressões socioeconômicas delas decorrentes, concretizadas na estrutura urbana, passam a ter significação nas diferentes ‘partes’ em que se expressam”. (MONTEIRO 2003, p. 21) 9
    13. 13. Poluentes 10
    14. 14. Poluentes A poluição atmosférica pode ocorrer devido a processos naturais (incêndios florestais, erupções vulcânicas) ou antropogênicos. Seja qual for sua origem, os poluentes são substâncias que, sob certas condições, podem ser nocivos a seres humanos, vida animal e vegetal, microorganismos ou aos materiais, ou que podem interferir na qualidade de vida ou usufruto de edifícios e paisagens. (OKE 1978) 10
    15. 15. Poluentes 11
    16. 16. Poluentes emitidos pelos veículos, etc 11
    17. 17. Poluentes emitidos pelos veículos, etc NOx 11
    18. 18. Poluentes emitidos pelos veículos, etc NOx SO2 11
    19. 19. Poluentes emitidos pelos veículos, etc NOx SO2 CO/CO2 11
    20. 20. Poluentes emitidos pelos veículos, etc NOx SO2 CO/CO2 MP(2.5 e 10 µm) 11
    21. 21. Poluentes emitidos pelos veículos, etc NOx SO2 CO/CO2 MP(2.5 e 10 µm) e outros... 11
    22. 22. Poluentes emitidos pelos gerados a partir de veículos, etc precursores NOx SO2 CO/CO2 MP(2.5 e 10 µm) e outros... 11
    23. 23. Poluentes emitidos pelos gerados a partir de veículos, etc precursores NOx NO2 SO2 CO/CO2 MP(2.5 e 10 µm) e outros... 11
    24. 24. Poluentes emitidos pelos gerados a partir de veículos, etc precursores NOx NO2 SO2 O3 CO/CO2 MP(2.5 e 10 µm) e outros... 11
    25. 25. Poluentes NO + O3 NO2 + O2 12
    26. 26. Poluentes NO + O3 NO2 + O2 Na atmosfera, óxidos de nitrogênio e ozônio reagem liberando NO2, uma das substâncias causadoras do smog (processo complexo desencadeado pela radiação ultravioleta). 12
    27. 27. Poluentes Padrão primário Padrão secundário Substância (µg/m3) (µg/m3) Partículas totais 240 150 Fumaça 150 100 PM10 150 150 SO2 365 100 CO 40.000 40.000 O3 160 160 NO2 320 190 13
    28. 28. Poluentes Padrão primário Padrão secundário Substância (µg/m3) (µg/m3) Partículas totais 240 150 Fumaça 150 100 PM10 150 150 SO2 365 100 CO 40.000 40.000 O3 160 160 NO2 320 190 13
    29. 29. Poluentes Padrão primário Padrão secundário Substância (µg/m3) (µg/m3) Partículas totais 240 150 Fumaça 150 100 PM10 150 150 SO2 365 100 CO 40.000 40.000 O3 160 160 NO2 320 190 13
    30. 30. Poluentes Padrão primário Padrão secundário Substância (µg/m3) (µg/m3) Partículas totais 240 150 Fumaça 150 100 PM10 150 150 SO2 365 100 CO 40.000 40.000 O3 160 160 NO2 320 190 13
    31. 31. Qualidade do ar em Curitiba 14
    32. 32. Qualidade do ar em Curitiba O IAP monitora a qualidade do ar na RMC com treze estações de medição. 14
    33. 33. Qualidade do ar em Curitiba O IAP monitora a qualidade do ar na RMC com treze estações de medição. Em 2008, a qualidade do ar no centro de Curitiba foi considerada predominantemente boa, com alguns episódios de alta concentração de NO2 e O3 registrados na estação Rui Barbosa. 14
    34. 34. Qualidade do ar em Curitiba O IAP monitora a qualidade do ar na RMC com treze estações de medição. Em 2008, a qualidade do ar no centro de Curitiba foi considerada predominantemente boa, com alguns episódios de alta concentração de NO2 e O3 registrados na estação Rui Barbosa. Áreas problemáticas: Araucária e Colombo. 14
    35. 35. Qualidade do ar em Curitiba 15
    36. 36. Qualidade do ar em Curitiba Em julho de 2009: 15
    37. 37. Qualidade do ar em Curitiba Em julho de 2009: 1.125.866 15
    38. 38. Qualidade do ar em Curitiba Em julho de 2009: 1.125.866 veículos em Curitiba (e aumentando...) 15
    39. 39. Problema de pesquisa • Os fluxos (intensidade e frequência) de vento nos eixos estruturais de Curitiba são suficientes para a garantia de salubridade e adequada dispersão dos poluentes oriundos do tráfego de veículos nessas vias? • Qual o limite de saturação da capacidade de dispersão de poluentes nos eixos estruturais? • O modelo ENVI-met pode ser utilizado para predição desses fluxos, sendo uma ferramenta a ser incorporada no cotidiano do planejamento urbano? 16
    40. 40. Problema de pesquisa Quais as configurações urbanas – distanciamento entre prédios, altura das edificações, orientação das edificações e orientação das vias em relação aos ventos dominantes – que poderiam garantir a dispersão adequada de poluentes nas estruturais? 17
    41. 41. Como fazer? 18
    42. 42. Como fazer? Trabalho experimental em duas etapas - projeto piloto na rua XV de Novembro e estudo das vias estruturais, através de medições in loco e modelo numérico. 18
    43. 43. Metodologia: instrumentos • Duas pequenas estações meteorológicas Onset Hobo • Sensores: • Temperatura e umidade • Piranômetro • Termômetros de globo • Anemômetro (direção horizontal e velocidade do vento) 19 Fonte: http://www.microdaq.com
    44. 44. Metodologia: instrumentos Contadores estatísticos 20
    45. 45. Metodologia: modelo numérico • Modelo proposto: ENVI-met 3.1 (Michael Bruse e equipe, Universidade de Mainz, Alemanha) • Freeware, MS Windows Fonte: BRUSE 2009 21 Fonte: BRUSE 2009
    46. 46. Projeto Piloto 22
    47. 47. Projeto Piloto 1. Medições meteorológicas 22
    48. 48. Projeto Piloto 1. Medições meteorológicas 2. Levantamento 22
    49. 49. Projeto Piloto 1. Medições meteorológicas 2. Levantamento 3. Modelagem e calibração 22
    50. 50. Projeto Piloto 1. Medições meteorológicas 2. Levantamento 3. Modelagem e calibração 4. Tráfego 22
    51. 51. Projeto Piloto 1. Medições meteorológicas 2. Levantamento 3. Modelagem e calibração 4. Tráfego 5. Simulação e análise 22
    52. 52. Projeto Piloto 1. Medições meteorológicas 2. Levantamento 3. Modelagem e calibração 4. Tráfego 5. Simulação e análise 6. Questões & trabalhos futuros 22
    53. 53. 1. Medições • Projeto em andamento: Conforto em Espaços Abertos • Medição de dados climáticos e entrevista com transeuntes • R XV de Novembro, Pça Generoso Marques, R Saldanha Marinho 23 Foto: Francisco Rasia, 2009
    54. 54. Fotos: Francisco Rasia, 2009 24
    55. 55. 2. Levantamento Pontos de medição 25
    56. 56. 26
    57. 57. 27
    58. 58. 3. Modelagem e calibração 28
    59. 59. 3. Modelagem e calibração Vários domínios de modelo foram testados, à procura do ponto ótimo de complexidade, acuidade e tempo de processamento. 28
    60. 60. 3. Modelagem e calibração Vários domínios de modelo foram testados, à procura do ponto ótimo de complexidade, acuidade e tempo de processamento. 28
    61. 61. 3. Modelagem e calibração 29
    62. 62. 3. Modelagem e calibração • Múltiplas iterações, ajustando os parâmetros de entrada no ENVI-met e comparando as velocidades de vento medidas com as simuladas; • Considerar o efeito da diferença de rugosidade entre o centro da cidade e a estação de medição do SIMEPAR no centro politécnico. 29
    63. 63. 3. Modelagem e calibração • Múltiplas iterações, ajustando os parâmetros de entrada no ENVI-met e comparando as velocidades de vento medidas com as simuladas; • Considerar o efeito da diferença de rugosidade entre o centro da cidade e a estação de medição do SIMEPAR no centro politécnico. 29
    64. 64. 4. Tráfego 30
    65. 65. 4. Tráfego • Foi feita a contagem de tráfego no horário de rush, das 17h às 19h30, numa quinta-feira; 30
    66. 66. 4. Tráfego • Foi feita a contagem de tráfego no horário de rush, das 17h às 19h30, numa quinta-feira; • Contar durante 15 min e multiplicar o valor por quatro para ter o volume por hora; 30
    67. 67. 4. Tráfego • Foi feita a contagem de tráfego no horário de rush, das 17h às 19h30, numa quinta-feira; • Contar durante 15 min e multiplicar o valor por quatro para ter o volume por hora; • Resultados surpreendentes: 30
    68. 68. 4. Tráfego Av. Mal. Deodoro - 4 pistas (veículos/hora) Veículos Veículos leves a Veículos leves Motos pesados diesel 1862 60 45 245 31
    69. 69. 4. Tráfego 32
    70. 70. 4. Tráfego Medições de ruído na Pça Rui Barbosa (BORTOLI 2002) foram usadas para traçar o perfil diário de tráfego, em função do volume de veículos medido no horário de rush. 32
    71. 71. 4. Tráfego Medições de ruído na Pça Rui Barbosa (BORTOLI 2002) foram usadas para traçar o perfil diário de tráfego, em função do volume de veículos medido no horário de rush. 2"34*%+,%+'#-.%)"+5+67(+840+9(#:";(+ ($!"# !"#$%&'()%*+,"+'#-.%)"+*-/0*"+ (!!"# '!"# &!"# %!"# $!"# !"# (# $# )# %# *# &# +# '# ,#(!#((#($#()#(%#(*#(&#(+#('#(,#$!#$(#$$#$)#$%#$*# 1"#(+ 32
    72. 72. 4. Tráfego 33
    73. 73. 4. Tráfego Contagem de veículos 33
    74. 74. 4. Tráfego Contagem de veículos Composição da frota 33
    75. 75. 4. Tráfego Contagem de veículos Distribuição horária Composição da frota 33
    76. 76. 4. Tráfego Contagem de veículos Distribuição horária Composição da frota Largura da via (no. de pistas) 33
    77. 77. 4. Tráfego Contagem de veículos Distribuição horária Composição da frota Largura da via (no. de pistas) Taxas de emissão de poluentes por veículo 33
    78. 78. 4. Tráfego Contagem de veículos Distribuição horária Composição da frota Largura da via (no. de pistas) Taxas de emissão de poluentes por veículo 33
    79. 79. 4. Tráfego Contagem de veículos Distribuição horária Fontes de Composição da poluentes frota Largura da via (no. de pistas) Taxas de emissão de poluentes por veículo 33
    80. 80. 5. Simulação e análise 34
    81. 81. 5. Simulação e análise Foram concebidos três cenários de simulação: 34
    82. 82. 5. Simulação e análise Foram concebidos três cenários de simulação: 1. estagnação (sem vento); 34
    83. 83. 5. Simulação e análise Foram concebidos três cenários de simulação: 1. estagnação (sem vento); 2. vento Norte; 34
    84. 84. 5. Simulação e análise Foram concebidos três cenários de simulação: 1. estagnação (sem vento); 2. vento Norte; 3. vento Leste (dominante); 34
    85. 85. 5. Simulação e análise Foram concebidos três cenários de simulação: 1. estagnação (sem vento); 2. vento Norte; 3. vento Leste (dominante); Simulando a dispersão de NOx e PM10. 34
    86. 86. 5. Simulação e análise 35
    87. 87. 5. Simulação e análise Cenário 1: NOx 15~21h 35
    88. 88. 5. Simulação e análise Cenário 1: NOx 15~21h Em alguns pontos, concentrações acima de 580 µg/m3 35
    89. 89. 5. Simulação e análise • Resultados ainda preliminares, porém: • Cenário otimista: 58 µg/m3 (10:1 NO/NO2) • Cenário pessimista: 145 µg/m3 (3:1 NO/NO2) • Limite secundário: 190 µg/m3 (amostragem de uma hora) 36
    90. 90. 6. Questões & trabalhos futuros 37
    91. 91. 6. Questões & trabalhos futuros • O que vai acontecer nos outros cenários de simulação? 37
    92. 92. 6. Questões & trabalhos futuros • O que vai acontecer nos outros cenários de simulação? • Verificar concentrações de poluentes através de medições em microescala. 37
    93. 93. 6. Questões & trabalhos futuros • O que vai acontecer nos outros cenários de simulação? • Verificar concentrações de poluentes através de medições em microescala. • Qual o impacto de liberar carros de passeio movidos a óleo diesel? 37
    94. 94. 6. Questões & trabalhos futuros • O que vai acontecer nos outros cenários de simulação? • Verificar concentrações de poluentes através de medições em microescala. • Qual o impacto de liberar carros de passeio movidos a óleo diesel? • Aumentar a frota de ônibus é uma solução? 37
    95. 95. 6. Questões & trabalhos futuros • O que vai acontecer nos outros cenários de simulação? • Verificar concentrações de poluentes através de medições em microescala. • Qual o impacto de liberar carros de passeio movidos a óleo diesel? • Aumentar a frota de ônibus é uma solução? • Nosso modelo de transporte público - ônibus a diesel - deveria ser repensado? 37
    96. 96. Principais Referências ALI TOUDERT, F. Dependence of Outdoor Thermal Comfort on Street Design in Hot and Dry Climate. 224f. Tese – Meteorologischen Institutes der Universität Freiburg. Universität Freiburg, Freiburg, 2005. Disponível em <http://www.freidok.uni- freiburg.de/volltexte/2078/pdf/Diss_Freidok_Ali_Toudert_Fazia.pdf> BRUSE, M. ENVI-met website. http://www.envi-met.com. KRÜGER, E. L. Comparações entre temperaturas medidas e preditas em cânion urbano – utilização da ferramenta de modelagem de clima urbano “CAT”. In: ENCONTRO NACIONAL SOBRE CONFORTO NO AMBIENTE CONSTRUÍDO, IX, 2007, Ouro Preto. Anais... Florianópolis : UFSC, 2007. p. 969-980. 38
    97. 97. Principais Referências SAD DE ASSIS, E. RAMOS, J. G. L. GONÇALVES DE SOUZA, R.V. CORNACCHIA, G. M. M. Aplicação de dados do clima urbano no desenvolvimento de planos diretores de cidades mineiras. In: ENCONTRO NACIONAL SOBRE CONFORTO NO AMBIENTE CONSTRUÍDO, IX, 2007, Ouro Preto. Anais... Florianópolis : UFSC, 2007. p. 152-161. SUGA, M. Avaliação do potencial de aproveitamento de luz natural em cânions urbanos: estudo realizado nos eixos estruturais de curitiba. 213f. Dissertação – Programa de Pós-Graduação em Tecnologia. Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2005. Disponível em <http://www.ppgte.ct.utfpr.edu.br/ dissertacoes/2005/Suga.pdf> OKE, T. R. Boundary layer climates. Nova York : Methuen, 1978. ________. Initial guidance to obtain representative meteorological observations at urban sites. WMO, 2006. 39
    98. 98. Principais Referências WANG, G. BOSCH, F. H. M. KUFFER, M. Modelling Urban Traffic Air Pollution Dispersion. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences.Vol. XXXVII, Part B8, 2008. MONTEIRO, C. A. F. Teoria e Clima Urbano: um projeto e seus caminhos. In: MONTEIRO, C. A. F.; MENDONÇA, F. Clima Urbano. São Paulo : Contexto, 2003. DANNI-OLIVEIRA, I. M. A Cidade de Curitiba e a Poluição do Ar: Implicações de seus atributos urbanos e geoecológicos na dispersão de poluentes em período de inverno. In: MONTEIRO, C. A. F.; MENDONÇA, F. Clima Urbano. São Paulo : Contexto, 2003. 40
    99. 99. Principais Referências CALIXTO, A. O Ruído gerado pelo Tráfego de Veículos em “Rodovias-Grandes Avenidas”, situadas dentro do perímetro urbano de Curitiba, analisados sobre parâmetros acústicos objetivos e seu impacto ambiental, Curitiba. Dissertação de mestrado em Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Paraná, 2002. KESSLER, C. NIEDERAU, A. SCHOLZ, W. Estimation of NO2/NOx relations of traffic emissions in Baden-Württemberg from 1995 to 2005. 2nd Confe Environment & Transport and 15th Conf. Transport and Air Pollution. Proceedings of... BORTOLI, P. S. Análise da poluição sonora urbana em zoneamentos distintos da cidade de Curitiba. 103f. Dissertação – Programa de Pós-Graduação em Tecnologia. Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2002. Disponível em <http:// www.ppgte.ct.utfpr.edu.br/dissertacoes/2002/bortoli.pdf> 41
    100. 100. Obrigado. chico.ix@terra.com.br http://www.slideshare.net/chicorasia 42

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