Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A frota de veículos movidos por biocombustíveis tem aumentado nos últimos dez anos e com isso as emissões para a atmosfera nas cidades têm sofrido alterações. Devido a esta problemática, estudos com modelos de previsão de emissões são o foco deste trabalho. Alguns modelos, homologados por agências de regulamentação de alguns países ou comunidades, servem de base para as análises de risco com auxílio de simulação.O objetivo geral deste trabalho é avaliar o impacto do uso de biocombustíveis na qualidade do ar na cidade do Rio de Janeiro e estudar cenários de qualidade do ar, em função do aumento da quantidade de biodiesel e álcool adicionada ao diesel e gasolina. Nesta dissertação, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio, compostos orgânicos voláteis e ozônio são os principais poluentes estudados para a cidade do Rio de Janeiro. A avaliação de cenários foi realizada empregando um modelo de qualidade do ar com base no modelo de trajetórias OZIPR e no modelo químico SAPRC. Os resultados demonstram que o aumento do uso de biodiesel diminui a concentração de ozônio na atmosfera em relação ao caso base estudado, em 10,23% utilizando a mistura BE Diesel, em 5,28% utilizando a mistura B20 e apenas 0,33% utilizando a mistura B10. Isso de fato acontece pois o biodiesel possuiu mais oxigenados na sua estrutura. O estudo revelou o aumento nas emissões e concentrações de NOx na troposfera da cidade do Rio de Janeiro, para as mistura de BE- Diesel, B20 e o B10 em relação ao caso base, foram de 5,66%, 2,83% e 0% respectivamente. Em especial na cidade do Rio de janeiro existe um consumodo O3 pelo NO presente na atmosfera urbana. A redução na concentração de CO para as misturas de BE- Diesel, B20 e o B10 em relação ao caso base, foram de 13,11%, 6,56% e 4,12% respectivamente. O aumento da disponibilidade de oxigênio presente no biodiesel produz uma melhor queima do combustível, contribuindo para uma menor concentração de CO na troposfera / The fleet of vehicles powered by biofuels has increased in the last ten years. The increased use of ethanol in gasoline or biodiesel in diesel impact emissions on the atmosphere of cities. Due to this problem modeling studies to predict emissions is the issue of this work. Some models, approved by regulatory agencies in some countries or communities, are the basis for risk analysis with the aid of simulation. The goal of this study is to evaluate the impact of biofuels on the air quality of the city of Rio de Janeiro and to study scenarios for air quality, due to the increase of the amount of biodiesel added to diesel and alcohol added to gasoline. In this dissertation, the main pollutants in the city of Rio de Janeiro CO, NOx and O3 are taken into account. A review of the main types of mathematical models assists as the basis of study, and an evaluation of the scenarios was performed using a model of air quality based on the trajectory model OZIPR associated with SAPRC chemical model. The results show that the increase in biodiesel use reduces ozone levels in the atmosphere, regarding the base case studied, in 10.23% using BE-Diesel mixture, in 5.28 % using B20 mixture and only 0.33 % using B10. One of the reasons is the fact that biodiesel has a more oxygenated chain within its structure. This study presented an increase on NOx emissions and concentrations on the troposphere of the city of Rio de Janeiro, by 5.66 %, 2.83 % and 0 % for BE-Diesel mixture, B20 and B10, respectively, when compare with the base case. At the city of Rio de Janeiro troposphere ozone low levels is attributed to the ozone consumption by NO. The CO concentration reduction for the BE-Diesel, B20 and B10, when compared with the base case, were 13.11 %, 6.56 % and 4.12 %, respectively. The presence of oxygen atoms within the biodiesel chain leads to a better combustion process, reducing CO emissions and consequently CO concentrations on the atmosphere

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A frota de veículos movidos por biocombustíveis tem aumentado nos últimos dez anos e com isso as emissões para a atmosfera nas cidades têm sofrido alterações. Devido a esta problemática, estudos com modelos de previsão de emissões são o foco deste trabalho. Alguns modelos, homologados por agências de regulamentação de alguns países ou comunidades, servem de base para as análises de risco com auxílio de simulação.O objetivo geral deste trabalho é avaliar o impacto do uso de biocombustíveis na qualidade do ar na cidade do Rio de Janeiro e estudar cenários de qualidade do ar, em função do aumento da quantidade de biodiesel e álcool adicionada ao diesel e gasolina. Nesta dissertação, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio, compostos orgânicos voláteis e ozônio são os principais poluentes estudados para a cidade do Rio de Janeiro. A avaliação de cenários foi realizada empregando um modelo de qualidade do ar com base no modelo de trajetórias OZIPR e no modelo químico SAPRC. Os resultados demonstram que o aumento do uso de biodiesel diminui a concentração de ozônio na atmosfera em relação ao caso base estudado, em 10,23% utilizando a mistura BE Diesel, em 5,28% utilizando a mistura B20 e apenas 0,33% utilizando a mistura B10. Isso de fato acontece pois o biodiesel possuiu mais oxigenados na sua estrutura. O estudo revelou o aumento nas emissões e concentrações de NOx na troposfera da cidade do Rio de Janeiro, para as mistura de BE- Diesel, B20 e o B10 em relação ao caso base, foram de 5,66%, 2,83% e 0% respectivamente. Em especial na cidade do Rio de janeiro existe um consumodo O3 pelo NO presente na atmosfera urbana. A redução na concentração de CO para as misturas de BE- Diesel, B20 e o B10 em relação ao caso base, foram de 13,11%, 6,56% e 4,12% respectivamente. O aumento da disponibilidade de oxigênio presente no biodiesel produz uma melhor queima do combustível, contribuindo para uma menor concentração de CO na troposfera / The fleet of vehicles powered by biofuels has increased in the last ten years. The increased use of ethanol in gasoline or biodiesel in diesel impact emissions on the atmosphere of cities. Due to this problem modeling studies to predict emissions is the issue of this work. Some models, approved by regulatory agencies in some countries or communities, are the basis for risk analysis with the aid of simulation. The goal of this study is to evaluate the impact of biofuels on the air quality of the city of Rio de Janeiro and to study scenarios for air quality, due to the increase of the amount of biodiesel added to diesel and alcohol added to gasoline. In this dissertation, the main pollutants in the city of Rio de Janeiro CO, NOx and O3 are taken into account. A review of the main types of mathematical models assists as the basis of study, and an evaluation of the scenarios was performed using a model of air quality based on the trajectory model OZIPR associated with SAPRC chemical model. The results show that the increase in biodiesel use reduces ozone levels in the atmosphere, regarding the base case studied, in 10.23% using BE-Diesel mixture, in 5.28 % using B20 mixture and only 0.33 % using B10. One of the reasons is the fact that biodiesel has a more oxygenated chain within its structure. This study presented an increase on NOx emissions and concentrations on the troposphere of the city of Rio de Janeiro, by 5.66 %, 2.83 % and 0 % for BE-Diesel mixture, B20 and B10, respectively, when compare with the base case. At the city of Rio de Janeiro troposphere ozone low levels is attributed to the ozone consumption by NO. The CO concentration reduction for the BE-Diesel, B20 and B10, when compared with the base case, were 13.11 %, 6.56 % and 4.12 %, respectively. The presence of oxygen atoms within the biodiesel chain leads to a better combustion process, reducing CO emissions and consequently CO concentrations on the atmosphere

O ozônio (O3) representa o principal poluente atmosférico para a Região Metropolitana de São Paulo (RMSP), sendo freqüentes os dias em que sua concentração excede os padrões nacionais de qualidade do ar. Por se tratar de um poluente secundário, resultante principalmente, da interação entre os óxidos de nitrogênio (NOx) e compostos orgânicos voláteis (COVs) na presença de luz solar, torna-se muito difícil a elaboração de estratégias eficazes para a redução deste poluente. A utilização de simulação computacional se mostra como uma interessante alternativa para avaliar os muitos fatores que afetam a formação de O3, para o desenvolvimento de escalas de reatividade para COVs e para definição de possíveis estratégias que visem a redução dos níveis de O3. Neste trabalho foi utilizado o modelo de trajetórias OZIPR (Ozone Isopleth Package for Research) em conjunto com o modelo químico SAPRC (Statewide Air Pollution Research Center) para se determinar a escala de reatividade incremental para COVs para a cidade de São Paulo e para a simulação de diversas situações de redução das emissões de NOx e COVs. Para alimentar os modelos foram utilizadas medidas de COVs de duas campanhas: uma realizada pelo Laboratório de Química Atmosférica (LQA-IPEN) em conjunto com a CETESB na estação Cerqueira César, no período de agosto e setembro de 2006 e outra realizada somente pelo LQA durante todo o ano de 2006 com amostragens na Cidade Universitária. Dados de CO, NOx e parâmetros meteorológicos foram obtidos através dos monitores automáticos da mesma estação e da estação Pinheiros. Foram criados cinco casos base: um com os dados de COVs da estação Cerqueira César e quatro com os dados da Cidade Universitária, sendo estes, um para cada estação do ano. Após o ajuste dos casos base, cada COV presente na mistura teve sua concentração aumentada e diminuída em 0,2% dos COVs totais para se verificar a variação no máximo de ozônio e assim se determinar o potencial de formação de ozônio de cada COV. Estes resultados forneceram uma escala de reatividade para ozônio para cada caso base criado. Foram também realizadas simulações, onde as emissões horárias de NOx e COVs foram reduzidas em 5, 10, 20 e 30% independente e simultaneamente afim de se verificar as variações na formação de O3. Com os dados de saída do simulador foram construídos gráficos de isopletas de ozônio para a cidade de São Paulo. A análise dos resultados obtidos mostrou que os compostos encontrados com mais freqüência entre os dez principais precursores de ozônio na cidade de São Paulo nas escalas de reatividade criadas a partir dos cinco casos base são: formaldeído, acetaldeído, propeno, isopreno, cis e trans 2-buteno, sendo o formaldeído sempre o principal composto formador de ozônio. As simulações mostraram também que uma estratégia eficaz para se reduzir os níveis de O3 na cidade de São Paulo é diminuir as emissões totais de COVs. O mesmo não foi observado para os NOx, já que a redução destes poluentes faria aumentar as concentrações de O3. / Ozone (O3) represents the main atmospheric pollutant for the São Paulo Metropolitan Area (SPMA), being frequent the days when its concentration exceeds the national standards of air quality. Because ozone is a secondary pollutant, which results mainly, of the interaction between nitrogen oxides (NOx) and volatile organic compounds (VOCs) in the presence of solar light, it becomes very hard to elaborate efficient strategies for the reduction of this pollutant. The use of computational simulation appears as an interesting alternative to evaluate the many factors that affect the O3 formation, for the development of reactivity scales for VOCs and for definition of efficient strategies for the reduction of the concentrations of O3. In this study was used the trajectory model OZIPR (Ozone Isopleth Package for Research) together with the chemical model SAPRC (Statewide Air Pollution Research Center) to determine the incremental reactivity scale for VOCs in the São Paulo City and to the simulation of diverse situations of reduction of the emissions of NOx and VOCs. The input data of VOCs were obtained from two campaigns: one realized by the Atmospheric Chemistry Laboratory (ACL-IPEN) together with the CETESB in the Cerqueira Cesar station, in the period of August and September of 2006 and the other one realized only by the ACL during all the year of 2006 with samplings in the Cidade Universitária. CO, NOx and meteorological parameters data had been gotten through the automatic monitors from the same station and from the Pinheiros station. Five base cases had been created: one with the VOCs data from the Cerqueira Cesar station and four with the Cidade Universitária data, being these, one for each station of the year. After the adjustment of the base cases, each present VOC in the mixture had its concentration increased and diminished in 0,2% of the total VOCs to verify the variation in the maximum ozone and thus to determine the ozone formation potential of each VOC. These results had supplied a ozone reactivity scale for each base case created. Simulations where the hourly emissions of NOx and VOCs had been reduced in 5, 10, 20 and 30% independent and simultaneously were realized to verify the variations in the O3 formation. With the simulator output data it was created ozone isopleths charts for the São Paulo City. The analysis of the obtained results shows that the most frequent found compounds between the ten main ozone precursors in the São Paulo City in the reactivity scales created from the five base cases are: formaldehyde, acetaldehyde, propene, isoprene, cis 2-butene and trans 2-butene, being formaldehyde always the main ozone precursor compound. The simulations had also shown that an efficient strategy to decrease the concentrations of O3 in the São Paulo City is to reduce the total emissions of VOCs. The same strategy is not posible for the NOx, since the reduction of these pollutants would make to increase the concentrations of O3.

O ozônio (O3) representa o principal poluente atmosférico para a Região Metropolitana de São Paulo (RMSP), sendo freqüentes os dias em que sua concentração excede os padrões nacionais de qualidade do ar. Por se tratar de um poluente secundário, resultante principalmente, da interação entre os óxidos de nitrogênio (NOx) e compostos orgânicos voláteis (COVs) na presença de luz solar, torna-se muito difícil a elaboração de estratégias eficazes para a redução deste poluente. A utilização de simulação computacional se mostra como uma interessante alternativa para avaliar os muitos fatores que afetam a formação de O3, para o desenvolvimento de escalas de reatividade para COVs e para definição de possíveis estratégias que visem a redução dos níveis de O3. Neste trabalho foi utilizado o modelo de trajetórias OZIPR (Ozone Isopleth Package for Research) em conjunto com o modelo químico SAPRC (Statewide Air Pollution Research Center) para se determinar a escala de reatividade incremental para COVs para a cidade de São Paulo e para a simulação de diversas situações de redução das emissões de NOx e COVs. Para alimentar os modelos foram utilizadas medidas de COVs de duas campanhas: uma realizada pelo Laboratório de Química Atmosférica (LQA-IPEN) em conjunto com a CETESB na estação Cerqueira César, no período de agosto e setembro de 2006 e outra realizada somente pelo LQA durante todo o ano de 2006 com amostragens na Cidade Universitária. Dados de CO, NOx e parâmetros meteorológicos foram obtidos através dos monitores automáticos da mesma estação e da estação Pinheiros. Foram criados cinco casos base: um com os dados de COVs da estação Cerqueira César e quatro com os dados da Cidade Universitária, sendo estes, um para cada estação do ano. Após o ajuste dos casos base, cada COV presente na mistura teve sua concentração aumentada e diminuída em 0,2% dos COVs totais para se verificar a variação no máximo de ozônio e assim se determinar o potencial de formação de ozônio de cada COV. Estes resultados forneceram uma escala de reatividade para ozônio para cada caso base criado. Foram também realizadas simulações, onde as emissões horárias de NOx e COVs foram reduzidas em 5, 10, 20 e 30% independente e simultaneamente afim de se verificar as variações na formação de O3. Com os dados de saída do simulador foram construídos gráficos de isopletas de ozônio para a cidade de São Paulo. A análise dos resultados obtidos mostrou que os compostos encontrados com mais freqüência entre os dez principais precursores de ozônio na cidade de São Paulo nas escalas de reatividade criadas a partir dos cinco casos base são: formaldeído, acetaldeído, propeno, isopreno, cis e trans 2-buteno, sendo o formaldeído sempre o principal composto formador de ozônio. As simulações mostraram também que uma estratégia eficaz para se reduzir os níveis de O3 na cidade de São Paulo é diminuir as emissões totais de COVs. O mesmo não foi observado para os NOx, já que a redução destes poluentes faria aumentar as concentrações de O3. / Ozone (O3) represents the main atmospheric pollutant for the São Paulo Metropolitan Area (SPMA), being frequent the days when its concentration exceeds the national standards of air quality. Because ozone is a secondary pollutant, which results mainly, of the interaction between nitrogen oxides (NOx) and volatile organic compounds (VOCs) in the presence of solar light, it becomes very hard to elaborate efficient strategies for the reduction of this pollutant. The use of computational simulation appears as an interesting alternative to evaluate the many factors that affect the O3 formation, for the development of reactivity scales for VOCs and for definition of efficient strategies for the reduction of the concentrations of O3. In this study was used the trajectory model OZIPR (Ozone Isopleth Package for Research) together with the chemical model SAPRC (Statewide Air Pollution Research Center) to determine the incremental reactivity scale for VOCs in the São Paulo City and to the simulation of diverse situations of reduction of the emissions of NOx and VOCs. The input data of VOCs were obtained from two campaigns: one realized by the Atmospheric Chemistry Laboratory (ACL-IPEN) together with the CETESB in the Cerqueira Cesar station, in the period of August and September of 2006 and the other one realized only by the ACL during all the year of 2006 with samplings in the Cidade Universitária. CO, NOx and meteorological parameters data had been gotten through the automatic monitors from the same station and from the Pinheiros station. Five base cases had been created: one with the VOCs data from the Cerqueira Cesar station and four with the Cidade Universitária data, being these, one for each station of the year. After the adjustment of the base cases, each present VOC in the mixture had its concentration increased and diminished in 0,2% of the total VOCs to verify the variation in the maximum ozone and thus to determine the ozone formation potential of each VOC. These results had supplied a ozone reactivity scale for each base case created. Simulations where the hourly emissions of NOx and VOCs had been reduced in 5, 10, 20 and 30% independent and simultaneously were realized to verify the variations in the O3 formation. With the simulator output data it was created ozone isopleths charts for the São Paulo City. The analysis of the obtained results shows that the most frequent found compounds between the ten main ozone precursors in the São Paulo City in the reactivity scales created from the five base cases are: formaldehyde, acetaldehyde, propene, isoprene, cis 2-butene and trans 2-butene, being formaldehyde always the main ozone precursor compound. The simulations had also shown that an efficient strategy to decrease the concentrations of O3 in the São Paulo City is to reduce the total emissions of VOCs. The same strategy is not posible for the NOx, since the reduction of these pollutants would make to increase the concentrations of O3.