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. 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. Área do conhecimento
PLANEJAMENTO URBANO E REGIONAL:
Aspectos físico-ambientais do planejamento
urbano e regional
3

4. Título da dissertação
Simulação e análise da circulação do ar nas
avenidas estruturais em Curitiba
(previsão de conclusão: 2010)
4

5. Palavras-chave
ENVI-met; Climatologia urbana;
Planejamento urbano; Qualidade do ar
5

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. Introdução: Eixos estruturais
Fonte: SUGA 2005 7

8. Clima da camada limite
8

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. 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. Sistema Clima Urbano
9

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. Poluentes
10

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. Poluentes
11

16. Poluentes
emitidos pelos
veículos, etc
11

17. Poluentes
emitidos pelos
veículos, etc
NOx
11

18. Poluentes
emitidos pelos
veículos, etc
NOx
SO2
11

19. Poluentes
emitidos pelos
veículos, etc
NOx
SO2
CO/CO2
11

20. Poluentes
emitidos pelos
veículos, etc
NOx
SO2
CO/CO2
MP(2.5 e 10 µm)
11

21. Poluentes
emitidos pelos
veículos, etc
NOx
SO2
CO/CO2
MP(2.5 e 10 µm)
e outros... 11

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. 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. 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. Poluentes
NO + O3 NO2 + O2
12

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. 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. 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. 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. 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. Qualidade do ar em Curitiba
14

32. Qualidade do ar em Curitiba
O IAP monitora a qualidade do ar na RMC com treze
estações de medição.
14

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. 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. Qualidade do ar em Curitiba
15

36. Qualidade do ar em Curitiba
Em julho de 2009:
15

37. Qualidade do ar em Curitiba
Em julho de 2009:
1.125.866
15

38. Qualidade do ar em Curitiba
Em julho de 2009:
1.125.866 veículos em Curitiba
(e aumentando...)
15

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. 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. Como fazer?
18

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. 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. Metodologia: instrumentos
Contadores estatísticos
20

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. Projeto Piloto
22

47. Projeto Piloto
1. Medições meteorológicas
22

48. Projeto Piloto
1. Medições meteorológicas
2. Levantamento
22

49. Projeto Piloto
1. Medições meteorológicas
2. Levantamento
3. Modelagem e calibração
22

50. Projeto Piloto
1. Medições meteorológicas
2. Levantamento
3. Modelagem e calibração
4. Tráfego
22

51. Projeto Piloto
1. Medições meteorológicas
2. Levantamento
3. Modelagem e calibração
4. Tráfego
5. Simulação e análise
22

52. Projeto Piloto
1. Medições meteorológicas
2. Levantamento
3. Modelagem e calibração
4. Tráfego
5. Simulação e análise
6. Questões & trabalhos futuros
22

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. Fotos: Francisco Rasia, 2009 24

55. 2. Levantamento
Pontos de medição
25

56. 26

57. 27

58. 3. Modelagem e calibração
28

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. 3. Modelagem e calibração
Vários domínios de modelo foram testados, à procura do ponto
ótimo de complexidade, acuidade e tempo de processamento.
28

61. 3. Modelagem e calibração
29

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. 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. 4. Tráfego
30

65. 4. Tráfego
• Foi feita a contagem de tráfego no horário de rush, das
17h às 19h30, numa quinta-feira;
30

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. 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. 4. Tráfego
Av. Mal. Deodoro - 4 pistas
(veículos/hora)
Veículos Veículos leves a
Veículos leves Motos
pesados diesel
1862 60 45 245
31

69. 4. Tráfego
32

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. 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(#:";(+
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!"#$%&'()%*+,"+'#-.%)"+*-/0*"+
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32

72. 4. Tráfego
33

73. 4. Tráfego
Contagem de
veículos
33

74. 4. Tráfego
Contagem de
veículos
Composição da
frota
33

75. 4. Tráfego
Contagem de
veículos
Distribuição
horária
Composição da
frota
33

76. 4. Tráfego
Contagem de
veículos
Distribuição
horária
Composição da
frota
Largura da via
(no. de pistas)
33

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. 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. 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. 5. Simulação e análise
34

81. 5. Simulação e análise
Foram concebidos três cenários de simulação:
34

82. 5. Simulação e análise
Foram concebidos três cenários de simulação:
1. estagnação (sem vento);
34

83. 5. Simulação e análise
Foram concebidos três cenários de simulação:
1. estagnação (sem vento);
2. vento Norte;
34

84. 5. Simulação e análise
Foram concebidos três cenários de simulação:
1. estagnação (sem vento);
2. vento Norte;
3. vento Leste (dominante);
34

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. 5. Simulação e análise
35

87. 5. Simulação e análise
Cenário 1: NOx 15~21h
35

88. 5. Simulação e análise
Cenário 1: NOx 15~21h
Em alguns pontos, concentrações acima de 580 µg/m3
35

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. 6. Questões & trabalhos futuros
37

91. 6. Questões & trabalhos futuros
• O que vai acontecer nos outros cenários de
simulação?
37

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. Obrigado.
chico.ix@terra.com.br
http://www.slideshare.net/chicorasia
42