[pt] O presente trabalho realiza a integração entre a solução computacional por elementos finitos para as equações que descrevem s condições elétricas reinantes no espaço interletrodos de um Precipitador Eletrostático (PE) fio-placas e dados experimentais obtidos em um canal de precipitação com a mesma forma geométrica. A integração acima é necessária à qualquer tentativa de projeto teórico de um PE, uma vez que tais equações exigem para o seu fechamento a introdução de um parâmetro denominado mobilidade de portador de carga, para o qual não se tem possibilidade de previsão teórica de valor, devido ao grande número de variáveis físicas que podem influenciá-lo. Além disso, as soluções teóricas em geral são obtidas dentro de uma modelagem que supõe a existência de um canal de placas paralelas provido de alguns eletrodos emissores consecutivamente dispostos na linha central do canal de precipitação. Essa redução da situação real à uma situação simplificada impede a observação crucial de que o fenômeno de precipitação eletrostática em um PE é um fenômeno que sofre uma variação física contínua ao longo da região de precipitação, à medida que material particulado vai sendo retirado da carga em escoamento. Qualquer solução teórica acaba sendo de pouca utilidade ao projeto de um canal de precipitação completo. No presente trabalho estamos propondo a utilização de um equipamento laboratorial que permite a medição de correntes elétricas entregues por portadores de carga em áreas discretas das placas planas aterradas em um escoamento de ar com cargas de particulados sólidos, dentro de um canal de precipitação com um número razoável de eletrodos emissores. A partir das correntes de placa medida é determinada um valor para mobilidade elétrica associada a cada região longitudinal da secção de precipitação. Essa mobilidade elétrica é então adimensionalizada em termos de alguns parâmetros, sendo que no presente representa a profundidade de penetração no campo de precipitação. Por fim utiliza-se a mobilidade elétrica adimensional como predição para as condições elétricas à serem esperadas em diferentes valores de tensão aplicada, sendo sugerido seu uso como ferramenta auxiliar no projeto de precipitadores eletrostáticos. Foi observado que o campo elétrico originado em cada um dos eletrodos apresenta uma ação alternada de aceleração ou desaceleração sobre o material particulado em suspensão, respectivamente nas regiões imediatamente após, ou antes, de cada eletrodo emissor, relativamente à direção do escoamento. Esse fenômeno físico, não mencionado em qualquer uma das referencias do presente trabalho, foi denominado aqui efeito de alternância e tem uma importância fundamental com relação ao uso da mobilidade adimensional no projeto de PÉS e também quanto às possibilidades de otimização de PÉS já em operação. / [en] This work integrates a numerical solution, obtained by finite elements and characteristic methods applied to the governing equations of the electrical conditions in the inter-electrodes region of a wire-plate Eletrostatic Precipitador (EP), with data acquired in a precipitation channel with the same geometric form. The integration above mentioned is demanded by any attempt of an analytical project of an EP due to the introduction of a paramenter, denominated mobility of the charge carriers, in the closure of the governing equations. Further, the analytical solutions are in general obtained under the modeling of a precipitation region provided with a small number of corona wires, just enough to give simetry considerations. It must be kept in mind that in an EP each channel is provided with dozens of corona wires. The simplification above interdicts the crucial observation that the precipitation phenomena in an EP suffers physical changes along the axial length of the channel, due to the continuos wuthdrawing of particulate material from the total load. Solutions apropiated to a single region are so not very useful to the project of an entire channel. In this work we present an experimental apparatus which allows the measurement of eletric currents in discrete areas of the colleting plates. The apparatus is provided with a number of corona wires that can simulate a channel of an EP. Using the values of the currents measured at each of thediscrete plates it is obtained a value for the electrical mobility associated to discrete regions longitudinally with the flow. A dimensionless mobility is then obtained in terms of some parameters. In the present work these parameters were restricted to the applied potential. It is then suggested how an EP projectist could use the method as a tool for helping in the design process. It was observed that the eletric field originated in each of the corona wires acts alternatedely accelerating or desaccelerating the charged particulate load, pespectively in the regions immediately after or before each corona wire, with respect to the main direction of the flow. This physical phenomena, not mentioned in any of the references of the present work, was denomitade here as alternation effect, and has fundamental importance in the use of the dimensionless mobility as a project tool and also in the possibilities of upgrading Eps already in use.

[pt] Esta dissertação apresenta um estudo de validação das estimações dos efeitos da poluição atmosférica na saúde da população quando se utilizam dados com periodicidade de seis dias. O estudo foi realizado utilizando duas abordagens complementares. A primeira consiste em comparar os efeitos estimados a partir da análise de duas séries de morbidade diárias na cidade do Rio de Janeiro com aqueles obtidos particionando-se estas mesmas séries em seis séries distintas, cada qual com periodicidade de seis dias. As estimativas dos efeitos nas series particionadas de seis dias variaram substancialmente em relação à série diária para contagem de internações por doenças respiratórias em crianças. Para a mesma análise feita para a série de idosos, não foram detectadas diferenças tão significativas. Para complementar esta análise, realizou-se um estudo de Monte Carlo considerando diferentes cenários quanto aos padrões de poluição do ar. Os resultados mostraram que quanto maior a quantidade de dia atípicos por mês, maior pode ser a variação entre as estimações das séries diárias e as séries com periodicidade de 6 dias. Ao fim deste trabalho são apresentados resultados utilizando dados reais com periodicidade de 6 dias. Os efeitos estimados de PM10 para doenças respiratórias em crianças foram de 8.1% (IC: 5.4% ; 10.8%) para o dia corrente e 7.3% (IC: 4.5% ; 10.2%) para 1 dia após a exposição à poluição do ar. Para idosos, houve um aumento estatisticamente significativo apenas para o dia corrente de 3.36% (IC: 1.19% ;5.58%). / [en] This dissertation presents a validation study on the analysis of the effect of atmospheric pollution on morbidity using data sampled every sixth day. This has been investigated using two complementary frameworks. We first compared such pollution effects using two morbidity daily time series in Rio de Janeiro city, which have been sampled every sixth day, thus generating, for each series, a set of six sampled series. For the daily counts of hospital events for children due to respiratory diseases the estimated pollution effect for the six sampled series was markedly different from the same effect estimated on the original daily time series, while for elderly people such difference has not been observed. The second part of our analysis was carried over using a Monte Carlo study. Finally we conclude our work presenting risk estimates using real data sampled every six days. The estimated relative risks of particulate material (PM10) on respiratory diseases for inhabitants of Rio de Janeiro city were as follows. For children the risk was estimated in 8.1% (5.4%; 10.8%) for current day exposure and 7.3% (4.5%; 10.2%) for exposition lagging one day. For elderly people it was observed a significant increase on hospital attendances due to pollution on the same day of exposition. and the estimated risk was 3.36% (1.19%; 5.58%).

[pt] O presente trabalho desenvolveu uma análise termodinâmica e de emissões em uma planta industrial para secagem de fermento. Esta análise foi feita através da otimização energética de uma planta de geração de vapor com objetivo de contribuir com a diminuição de emissões de gases pela redução do uso do combustível fóssil, o óleo BPF. A redução de emissões visa a diminuição da poluição atmosférica no que diz respeito à emissão de gases que contribuem para o aumento do efeito estufa. Foi desenvolvida uma análise energética e exergética da planta de geração de vapor e a verificação dos parâmetros operacionais da mesma através de um modelo termodinâmico, em regime permanente, utilizandose da primeira lei e segunda lei da termodinâmica. Nesta análise, foram verificados os equipamentos da planta onde ocorreram as maiores perdas térmicas e as maiores irreversibilidades, indicando quais as medidas para melhorar o desempenho da planta e reduzir o consumo de combustível, o que significará uma redução nas emissões de poluentes para a atmosfera. / [en] The present work developed a thermodynamic and emissions analysis in an industrial plant for ferment drying. This analysis was made through the energy optimization of a plant of steam generation with the objective of contributing to the decrease of emissions of gases through the reduction of the use of fossil fuel,the BPF oil. The reduction of emissions seeks the decrease of the atmospheric pollution with respect to the emission of gases that contribute to the increase of the greenhouse effect. It was included the energy and exergetic analysis of the steam generation plant and the verification of the performance of the plant by a thermodynamic model, in permanent regime, through the first and second laws of thermodynamics. In this analysis, it is verified the equipment of the plant where occurs the largest thermal losses and the largest irreversibility. It is also indicated which measures should be taken to improve the performance of the plant and for reducing the consumption of fuel, which will lead to a reduction in the emission of atmospheric pollutants.

[pt] Dez amostradores de material particulado em suspensão no ar foram instalados em diferentes bairros da cidade do Rio de Janeiro: Gávea, Honório Gurgel, Jacarepaguá, Campo Grande, Tijuca, Ilha do Fundão, Guaratiba, Recreio dos Bandeirantes, Santa Cruz e Realengo, visando contribuir para um maior entendimento a respeito da poluição atmosférica na cidade. Os amostradores empregados foram desenvolvidos pela Universidade de Gent e permitem a coleta das frações inalável (com diâmetro aerodinâmico entre 2,5 e 10µm, MP2,5-10) e respirável (com diâmetro aerodinâmico < 2,5 um, MP2,5). As amostragens foram realizadas, simultaneamente, sempre no meio da semana, durante 24 horas, e compreenderam o período de setembro/2003 a setembro/2004. Ao final deste período, foram obtidas, por ponto de amostragem, trinta amostras de cada fração, totalizando seiscentas amostras. Após a determinação da massa presente em cada filtro, e do teor de carbono elementar no filtro fino (MP2,5), os filtros foram divididos em duas partes. Numa delas foi determinada a concentração de amônio, sódio, potássio, cálcio, magnésio, cloreto, nitrato e sulfato solúvel em água e, na outra parte, a concentração de sódio, potássio, cálcio, magnésio, alumínio, ferro e titânio após dissolução total. A estação de Honório Gurgel foi aquela que apresentou, na média, as maiores concentrações de carbono elementar, particulado grosso e total, refletindo a proximidade com a Avenida Brasil e a presença de indústrias na região. O ponto de coleta com maior concentração de particulado fino e de aerossol de origem secundária correspondeu àquele localizado na Ilha do Fundão, próximo a bairros com uma grande concentração de indústrias, como Bonsucesso e São Cristóvão, além de vias expressas, como a Linha Vermelha e a Avenida Brasil. Por outro lado, as estações de amostragem localizadas no Recreio dos Bandeirantes e em Guaratiba apresentaram as menores concentrações de particulado fino, grosso e de carbono elementar. Os parâmetros analisados permitiram identificar cerca de 70% da origem do material presente nas frações fina e grossa do material particulado em suspensão no ar nas regiões estudadas da cidade do Rio de Janeiro. Como esperado, o particulado grosso é, em grande parte, oriundo da ressuspensão do solo, contendo, ainda, aerossol marinho e compostos de origem secundária, como sulfato e nitrato. O particulado fino, por sua vez, é majoritariamente oriundo da combustão de combustíveis fósseis que dão origem ao aerossol secundário e ao carbono elementar, possuindo uma contribuição de origem terrígena e de aerossol marinho. / [en] The present work intend to be a contribution for the understanding of the air pollution in the Rio de Janeiro city, aerosol sampling was performed at ten different sites of the city: Gávea, Honório Gurgel, Jacarepaguá, Campo Grande, Tijuca, Ilha do Fundão, Guaratiba, Recreio dos Bandeirantes, Santa Cruz and Realengo. Stacked filter units (SFU), developed by Gent University, were used as samplers. These filters separate the particles into two main fractions: the fine mode defined as respirable particles (with aerodynamic diameter < 2.5 um, PM2.5), and coarse mode defined as inhalable particles (with aerodynamic diameter between 2.5 um and 10 um, PM2.5-10). The aerosol monitoring stations were simultaneously operated, always in the middle of the week, during 24 h, from September/2003 to September/2004. At the end of this period, 30 samples of each fraction were obtained from each of the sampling sites (600 filter samples in total). After the determination of the mass concentration, and the elemental carbon amount present in each of the fine filters, the filters were divided into two parts. The first part was used to determine the concentration of ammonium, sodium, potassium, calcium, magnesium, chloride, nitrate and sulfate soluble in water and, the other one, for the determination of the concentration of sodium, potassium, calcium, magnesium, aluminum, iron and titanium. The Honório Gurgel site presented, in average, the highest concentration of elemental carbon, mass concentration of coarse mode and total particle mass concentration, which could be explained by the proximity to the Avenida Brasil and industries of the region. The sampling site of the highest concentration of the fine mode and secondary aerosol was the one localized in Ilha do Fundão, near industrial areas such as Bonsucesso and São Cristóvão, and heavy automobile traffic lines like Linha Vermelha and Avenida Brasil. In other hand, the sites localized at Recreio dos Bandeirantes and at Guaratiba presented in the smallest mass concentration of fine and coarse mode and elemental carbon. Based on these determined parameters, it was possible to identify 70% of the origin of the material present in the fine ad coarse fractions of the particulate matter suspended in the air in the studied areas of Rio de Janeiro city. As expected, the coarse mode particle came from resuspended soil dust, together with marine aerosol and some secondary aerosol, like nitrate and sulfate. The fine mode particle came mainly from fossil fuel combustion that originates secondary aerosol and the elemental carbon, with additional contribution from marine aerosol and terrigineous material.

[pt] Este trabalho tem como finalidade determinar a concentração em massa, caracterizar quimicamente as espécies presentes e identificar as possíveis fontes das amostras de material particulado (MP10 e MP2,5) coletados em locais com (Gericinó, Lagoa e Copacabana) e sem (Botafogo) a influência dos Jogos Olímpicos, no Rio de Janeiro. As amostras de MP foram disponibilizadas pelo Instituto Estadual do Ambiente (INEA) referente ao ano de 2016, sendo os meses de julho a setembro considerados como a temporada Olímpica. A caracterização química das amostras foi realizada por ICP-MS e Cromatografia de Íons (CI). Durante a temporada Olímpica, em 2016, foram reduzidos cerca de 26 porcento de MP10, quando comparados aos anos anteriores na mesma época do ano, por outro lado, o MP2,5 não foi reduzido. De todos os íons solúveis em água analisados, as maiores concentrações foram obtidas para o NO3-, SO4 2- e Na positivo nas duas frações de MP. As altas concentrações dos íons NO3 - e SO4 2- sugerem a presença de fontes antropogênicas. A partir do cálculo de nss (non-sea salt) foi possível observar que os íons Ca2 positivo, K positivo e SO4 2- tiveram uma contribuição marinha baixa. Os metais Fe, Cu e Ti foram os majoritários em todas as amostras nas duas frações de MP, enquanto que elementos como Mn, Pb, V e Ni foram detectados como minoritários. Correlações acima de 0,90 foram observadas entre Ti-Mn e Ti-Fe, sugerindo emissões de ressuspensão do solo e fortes correlações entre V-Ni e VPb mostram a influencia veicular como principal fonte. Finalmente, foi possível observar que houve uma influência dos Jogos Olímpicos na concentração em massa e de algumas espécies no MP2,5, enquanto que no MP10 não foi observada qualquer correlação. / [en] The main aim of this work was to determine the mass concentration, chemically characterize the species present and identify the possible sources of samples of particulate matter (PM10 e PM2.5) collected at sites with (Gericinó, Lagoa e Copacabana) and without (Botafogo) the influence of the Olympic Games in Rio de Janeiro. The PM samples were obtained from the Instituto Estadual do Ambiente (INEA) relative to the year 2016. The Olympic seasons considered were July to September of 2016. The chemical characterization of the samples was performed by ICP-MS and ion chromatography (IC). PM10 during the Olympic period were reduced 26 percent, when compared to previous years at the same time of the year. On the other hand, PM2.5 was not reduced during the Olympic period. Of all the water-soluble ions analyzed, the highest concentrations were obtained for NO3-, SO42- and Na plus in both fractions of PM. High concentrations of NO3 - and SO4 2- suggest the presence of anthropogenic sources. From calculation of non-sea salt was possible to observe that Ca2 plus, K plus and SO4 2- had a low marine contribution. Fe, Cu and Ti were the majority metals of all samples in both fractions of PM, while Mn, Pb, V and Ni were detected as minorities. Correlations above 0.90 are observed between Ti-Mn and Ti-Fe, suggested soil resuspension emissions. Strong correlations coefficients between V-Ni and V-Pb show the vehicular influence as the main source. Finally, it was possible to observe an influence of the Olympic Games in mass concentration and some species in PM2.5, while in PM10 no correlation was observed.

[pt] As partículas finas (PM2.5) são um dos principais poluentes atmosféricos associados a problemas de saúde. Estas partículas penetram no sistema respiratório, carreando desde metais traços a substâncias orgânicas. Apesar disso, a legislação ambiental brasileira ainda não tem estabelecido padrões para este poluente. Entretanto, Agencia Ambiental dos Estados Unidos (US.EPA) já tem adotado limites para exposições de curto (25 (micro)g m-3/diário) e longo (15 (micro)g m-3/anual) prazo. Esta tese teve quatro principais objetivos: (1) investigar a relação das condições meteorológicas, sazonalidade e bacias aéreas sobre as concentrações de PM2.5 na atmosfera; (2) avaliar modelos de previsão de qualidade do ar inovadores para estimar concentração de PM2.5 em locais com diferentes fontes de emissão; (3) validar método de extração e determinação pseudototal de metais traços presentes no material particulado, com espectrômetro de emissão ótica por plasma indutivamente acoplado (ICP-OES) de acordo com critérios estabelecidos pelo INMETRO; (4) quantificar carbono orgânico e metais traços presentes no material particulado fino para entender melhor como a atmosfera do estado do Rio de Janeiro tem sido afetada, devido aos vários tipos de emissão e condições meteorológicas. Amostradores de grandes volumes coletaram todas as amostras de PM2.5. Estes amostradores foram operados por 24 h, a cada seis dias, em locais com diferentes fontes de emissão (industrial, veicular, poeira do solo, etc.), no estado do Rio de Janeiro. As amostras foram coletadas pelo Instituto Estadual do Ambiente (INEA), no período de janeiro/11 até dezembro/13. Variáveis meteorológicas próximas (d(menor que)2 km) aos pontos de monitoramento de PM2.5 também foram obtidas na mesma frequência e período de amostragem. Em relação a este estudo, quatro resultados podem ser destacados. O primeiro, as concentrações médias diárias de PM2.5 variaram de 1-65 (micro)g m-3, ultrapassando em alguns pontos os limites adotados pela US.EPA. Estes resultados mostraram que concentrações de PM2.5 no RJ não é influenciada, em expressão, pela sazonalidade. Além disso, foi observado que as bacias aéreas definidas no Rio de Janeiro não têm sido confirmadas, e os locais mostraram uma semelhança de comportamento em função da sua fonte de emissão. O segundo, a aplicação do modelo Holt-Winters para previsão de PM2.5 simulou melhor a zona industrial, com RMSE (raiz do erro quadrático médio) entre 5,8-14,9 (micro)g m-3. Em contrapartida, a rede neural artificial associada a variáveis meteorológicas estimou melhor os resultados das zonas urbanas e rurais, com RMSE entre 4,2-9,3 (micro)g m-3. O terceiro, o método de extração e determinação pseudototal de metais por ICP-OES atendeu aos critérios de validação estabelecidos pelo INMETRO. Além disso, mostrou-se ser equivalente ao método US.EPA IO-3.1. Finalmente, as concentrações de carbono orgânico solúvel em água variaram de 0,8-4,9 (micro)g m-3. Os principais metais determinados foram: Na (5,8-13,6 (micro)g m-3), Al (1,6-6,7 (micro)g m-3) e Zn (1,9-6,6 (micro)g m-3). Foi verificado também que os fenômenos meteorológicos de superfície aumentam em 30 por cento a explicação da variância do modelo receptor (PCA), quando adicionados aos dados das substâncias químicas analisadas do PM2.5. Contudo, é crucial a aplicação de ferramentas quimiométricas para ajudar na caracterização e estimava das concentrações de poluentes atmosféricos. / [en] Fine particulate matters (PM2.5) are one of the primary air pollutants associated with health problems. These particles penetrate in the respiratory system, loading from trace metals to organic compounds. Neverthelere4ss, the Brazilian environmental legislation has not yet established standards for this pollutant. However, the US Environmental Agency (US.EPA) has already adopted limits for short-term (25 (micro)g m-3/daily) and long-term (15 (micro)g m-3/annual) exposures. This thesis had four main objectives: (1) to investigate the relation of weather conditions, seasonality and air basins on PM2.5 concentrations in the atmosphere; (2) to evaluate innovative air quality forecast models to estimate PM2.5 concentration in sites with different emission sources; (3) to validate method to extract and pseudo total determinate trace metals present in the particulate matter by inductively coupled plasma optical emission spectrometer (ICP-OES) according to criteria established by INMETRO; (4) to quantify organic carbon and trace metals present in fine particulate matter to better understand how the Rio de Janeiro State (RJ) atmosphere has been affected due to the various types of emission and weather conditions. High volumes samplers PM2.5 collected all PM2.5 samples. These samplers were operated for 24 h, every six days, in places with different emission sources (industrial, vehicular, soil dust, et caetera), in the Rio de Janeiro State. The samples were collected by the State Environmental Institute (INEA) during the period from January/2011 still December/2013. Meteorological variables nearby (d(less than)2 km) to PM2.5 monitoring points were also obtained at the same frequency and sampling period. Regarding this study, four results can be highlighted. The first one, the PM2.5 dailly concentrations average ranged from 1-65 (micro)g m-3, exceeding in some sites the limits adopted by US.EPA. These results showed that PM2.5 concentrations in RJ is not influenced, in expression, by the seasonality. In addition, it was observed that the defined RJ air basins have not been confirmed, and the local showed a similar performance according to their emission sources. The second one, the application of the Holt-Winters model for PM2.5 forecast simulated best industrial zone, with RMSE (root mean square error) between 5.8 to 14.9 (micro)g m-3. On the others hand, the artificial neural network associated with meteorological variables estimated best results from urban and rural areas, with RMSE between 4.2 to 9.3 (micro)g m-3. The third one, the method to extract and determine pseudo total metals by ICP-OES followed the validation criteria established by INMETRO. Furthermore, it was shown to be equivalent to US.EPA IO-3.1 method. Finally, the water-soluble organic carbon concentrations ranged from 0.8 to 4.9 (micro)g m-3. The principal metals determined were: Na (5.8-13.6 (micro)g m-3), Al (1.6-6.7 (micro)g m-3) and Zn (1.9-6.6 (micro)g m-3). It was also found that the surface meteorological phenomena increase at 30 percent the explicated variance of the receiver model (PCA) when added to PM2.5 chemical analysis data. Therefore, it is crucial the application of chemometric tools to help in the characterization and estimated air pollutant concentrations.