O poluição térmica Ocorre quando algum fator causa uma alteração indesejável ou prejudicial na temperatura ambiente. O meio ambiente mais afetado por essa poluição é a água, mas também pode afetar o ar e o solo..
A temperatura média do meio ambiente pode ser alterada tanto por causas naturais quanto por ações humanas (antropogênicas). As causas naturais incluem incêndios florestais não provocados e erupções vulcânicas.
Entre as causas antrópicas estão a geração de energia elétrica, a produção de gases de efeito estufa e os processos industriais. Da mesma forma, os sistemas de refrigeração e ar condicionado contribuem..
O fenômeno de poluição térmica mais relevante é o aquecimento global, que implica um aumento da temperatura média planetária. Isso se deve ao chamado efeito estufa e às contribuições líquidas de calor residual dos humanos..
A atividade que mais gera poluição térmica é a produção de eletricidade a partir da queima de combustíveis fósseis. A queima de carvão ou produtos petrolíferos difunde o calor e produz CO2, o principal gás de efeito estufa.
A poluição térmica provoca mudanças físicas, químicas e biológicas que impactam negativamente a biodiversidade. A propriedade mais relevante das altas temperaturas é seu poder catalítico e inclui as reações metabólicas que ocorrem nos organismos vivos..
Os seres vivos requerem certas condições de amplitude de variação de temperatura para sobreviver. Por isso, qualquer alteração desta amplitude pode implicar na diminuição das populações, na sua migração ou na sua extinção..
Por outro lado, a poluição térmica afeta diretamente a saúde humana causando exaustão por calor, choque térmico e agravamento de doenças cardiovasculares. Além disso, o aquecimento global faz com que as doenças tropicais expandam seu alcance geográfico de ação..
A prevenção da poluição térmica requer a modificação dos modos de desenvolvimento econômico e dos hábitos da sociedade moderna. Isso, por sua vez, implica a implementação de tecnologias que reduzam o impacto térmico no meio ambiente..
Alguns exemplos de poluição térmica são apresentados aqui, como a central nuclear de Santa María de Garoña (Burgos, Espanha) que funcionou entre 1970 e 2012. Esta central despejou água quente do seu sistema de refrigeração no rio Ebro, aumentando a sua temperatura natural em até 10 ºC..
Outro caso característico de poluição térmica é proporcionado pelo uso de aparelhos de ar condicionado. A proliferação desses sistemas para reduzir a temperatura aumenta a temperatura de uma cidade como Madrid em até 2 ºC.
Por fim, o caso positivo de uma empresa produtora de margarina no Peru que utiliza água para resfriar o sistema e a água quente resultante é devolvida ao mar. Assim, eles conseguiram economizar energia, água e reduzir a contribuição da água quente ao meio ambiente.
Índice do artigo
A poluição térmica é derivada da transformação de outras energias, uma vez que toda energia quando implantada gera calor. Consiste na aceleração do movimento das partículas do meio.
Portanto, o calor é uma transferência de energia entre dois sistemas que estão em temperaturas diferentes..
Temperatura é uma quantidade que mede a energia cinética de um sistema, ou seja, o movimento médio de suas moléculas. Este movimento pode ser de translação como em um gás ou vibrações como em um sólido.
É medido por um termômetro, dos quais existem vários tipos, sendo os mais comuns o de dilatação e o eletrônico..
O termômetro de expansão é baseado no coeficiente de expansão de certas substâncias. Essas substâncias, quando aquecidas, se alongam e sua ascensão marca uma escala graduada..
O termômetro eletrônico é baseado na transformação de energia térmica em energia elétrica traduzida em escala numérica.
A escala mais comum utilizada é a proposta por Anders Celsius (ºC, graus Celsius ou centígrados). Nele, 0 ºC corresponde ao ponto de congelamento da água e 100 ºC ao ponto de ebulição..
A termodinâmica é o ramo da física que estuda as interações do calor com outras formas de energia. A termodinâmica contempla quatro princípios fundamentais:
- Dois objetos com temperaturas diferentes trocarão calor até atingirem o equilíbrio.
- A energia não é criada nem destruída, apenas transforma.
- Uma forma de energia não pode ser totalmente transformada em outra sem perda de calor. E o fluxo de calor será do meio mais quente para o menos quente, nunca o contrário.
- Não é possível atingir uma temperatura igual a zero absoluto.
Esses princípios aplicados à poluição térmica determinam que todo processo físico gera transferência de calor e produz poluição térmica. Além disso, pode ser produzido aumentando ou diminuindo a temperatura do meio..
O aumento ou diminuição da temperatura é considerado um poluente quando sai dos parâmetros vitais.
A temperatura é um dos aspectos fundamentais para a ocorrência da vida como a conhecemos. A amplitude de variação de temperatura que permite a maior parte da vida ativa varia de -18 ºC a 50 ºC.
Os organismos vivos podem existir em estado latente nas temperaturas de -200 ºC e 110 ºC, porém são casos raros..
Certas bactérias chamadas termofílicas podem existir a temperaturas de até 100ºC, desde que haja água no estado líquido. Esta condição ocorre em altas pressões no fundo do mar em áreas de fontes hidrotermais..
Isso indica que a definição de poluição térmica em um meio é relativa e depende das características naturais do meio. Da mesma forma, está relacionado às necessidades dos organismos que habitam uma determinada área..
Em humanos, a temperatura corporal normal varia de 36,5ºC a 37,2ºC e a capacidade homeostática (para compensar as variações externas) é limitada. Temperaturas abaixo de 0 ºC por longos períodos de tempo e sem qualquer proteção artificial causam a morte.
Da mesma forma, temperaturas consistentemente acima de 50 ºC são muito difíceis de compensar a longo prazo..
Na água, a poluição térmica tem um efeito mais imediato, pois o calor se dissipa mais lentamente aqui. No ar e no solo, a poluição térmica tem efeitos menos fortes porque o calor se dissipa mais rapidamente..
Por outro lado, em áreas pequenas, a capacidade do ambiente de dissipar grandes quantidades de calor é muito limitada..
O calor tem um efeito catalítico nas reações químicas, ou seja, acelera essas reações. Esse efeito é o principal fator pelo qual a poluição térmica pode ter consequências negativas para o meio ambiente..
Assim, alguns graus de diferença de temperatura podem desencadear reações que não ocorreriam de outra forma..
A Terra passou por ciclos de altas e baixas temperaturas médias ao longo de sua história geológica. Nestes casos, as fontes de aumento da temperatura do planeta eram de natureza natural, como o sol e a energia geotérmica..
Atualmente, o processo de aquecimento global está associado às atividades realizadas pelo ser humano. Neste caso, o principal problema é a diminuição da taxa de dissipação do referido calor para a estratosfera..
Isso ocorre principalmente devido à emissão de gases de efeito estufa pela atividade humana. Isso inclui a indústria, o tráfego de veículos e a queima de combustíveis fósseis..
O aquecimento global representa hoje o maior e mais perigoso processo de poluição térmica que existe. Além disso, a emissão de calor do uso global de combustíveis fósseis adiciona calor adicional ao sistema..
Uma usina termelétrica é um complexo industrial projetado para produzir eletricidade a partir de combustível. O referido combustível pode ser fóssil (carvão, petróleo ou derivados) ou um material radioativo (urânio, por exemplo).
Este sistema requer resfriamento das turbinas ou reatores e para isso é utilizada água. Na sequência de resfriamento, um grande volume de água é retirado de uma fonte conveniente e fria (um rio ou mar).
Posteriormente, as bombas o forçam através de tubos que são circundados pelo vapor quente de exaustão. O calor passa do vapor para a água de resfriamento e a água aquecida é devolvida à fonte, trazendo o excesso de calor para o ambiente natural..
Os incêndios florestais são um fenômeno comum hoje, sendo em muitos casos causados direta ou indiretamente por seres humanos. A queima de grandes massas florestais transfere enormes quantidades de calor principalmente para o ar e o solo.
Os dispositivos de ar condicionado não apenas alteram a temperatura da área interna, mas também causam desequilíbrios na área externa. Por exemplo, os condicionadores de ar dissipam para o exterior 30% mais do que o calor que extraem de dentro.
De acordo com a Agência Internacional de Energia, existem cerca de 1.600 milhões de aparelhos de ar condicionado no mundo. Da mesma forma, geladeiras, geladeiras, adegas e qualquer equipamento projetado para diminuir a temperatura em um ambiente fechado geram poluição térmica..
Na verdade, todos os processos de transformação industrial envolvem a transferência de calor para o meio ambiente. Algumas indústrias o fazem a taxas particularmente altas, como as dedicadas à liquefação de gás, metalurgia e produção de vidro.
As indústrias de regaseificação e liquefação de vários gases industriais e médicos requerem processos de refrigeração. Esses processos são endotérmicos, ou seja, absorvem calor por meio do resfriamento do meio ambiente..
Para isso, utiliza-se água que retorna ao ambiente com temperatura inferior à inicial..
Os alto-fornos de fundição emitem calor para o meio ambiente, pois atingem temperaturas acima de 1.500 ºC. Por outro lado, os processos de resfriamento de materiais utilizam água que reentrada no ambiente a uma temperatura mais elevada..
Nos processos de fusão e moldagem do material, são atingidas temperaturas de até 1.600 ºC. Nesse sentido, a poluição térmica gerada por esta indústria é considerável, principalmente no ambiente de trabalho..
Lâmpadas incandescentes ou holofotes e lâmpadas fluorescentes dissipam energia na forma de calor para o ambiente. Devido à alta concentração de fontes de iluminação em áreas urbanas, esta se torna uma fonte de poluição térmica significativa.
Os motores de combustão interna, como os dos automóveis, podem gerar cerca de 2.500ºC. Esse calor é dissipado para o meio ambiente por meio do sistema de refrigeração, especificamente pelo radiador..
Levando em consideração que centenas de milhares de veículos circulam diariamente em uma cidade, é possível inferir a quantidade de calor transferida.
Na prática, uma cidade é fonte de poluição térmica devido à existência nela de muitos dos fatores já mencionados. No entanto, uma cidade é um sistema cujo efeito térmico forma uma ilha de calor na estrutura de seu ambiente..
Albedo se refere à capacidade de um objeto de refletir a radiação solar. Além da contribuição calórica que cada elemento presente (automóveis, residências, indústrias) pode dar, a estrutura urbana exerce uma sinergia significativa.
Por exemplo, materiais em centros urbanos (principalmente concreto e asfalto) têm um baixo albedo. Isso faz com que fiquem muito quentes, o que junto com o calor emitido pela atividade na cidade aumenta a poluição térmica.
Várias investigações têm mostrado que a geração de calor pelas atividades humanas durante um dia quente em uma cidade pode ser muito alta..
Por exemplo, em Tóquio, há uma entrada líquida de calor de 140 W / m2, equivalente a um aumento de temperatura de aproximadamente 3 ºC. Em Estocolmo, a contribuição líquida é estimada em 70 W / m2, equivalente a um aumento de 1,5 ºC na temperatura.
O aumento da temperatura da água como resultado da poluição térmica provoca mudanças físicas na mesma. Por exemplo, o oxigênio dissolvido diminui e a concentração de sais aumenta, afetando os ecossistemas aquáticos..
Em corpos d'água sujeitos a mudanças sazonais (congelamento no inverno), a adição de água quente altera a taxa de congelamento natural. Isso, por sua vez, afeta os seres vivos que se adaptaram a essa sazonalidade..
Nos sistemas de resfriamento de termelétricas, a exposição a altas temperaturas produz um choque fisiológico para determinados organismos. Nesse caso, são afetados fitoplâncton, zooplâncton, ovos e larvas do plâncton, peixes e invertebrados..
Muitos organismos aquáticos, especialmente peixes, são muito sensíveis à temperatura da água. Na mesma espécie, a faixa de temperatura ideal varia de acordo com a temperatura de aclimatação de cada população específica..
Devido a isso, as variações de temperatura causam o desaparecimento ou migração de populações inteiras. Assim, a descarga de água de uma usina termelétrica pode aumentar a temperatura em 7,5-11 ºC (água doce) e 12-16 ºC (água salgada).
Este choque térmico pode levar à morte rápida ou induzir efeitos colaterais que afetam a sobrevivência das populações. Entre outros efeitos, o aquecimento da água diminui o oxigênio dissolvido na água, causando problemas de hipóxia..
Esse fenômeno afeta gravemente os ecossistemas aquáticos, podendo inclusive causar o desaparecimento de vida nos mesmos. Começa com a proliferação de algas, bactérias e plantas aquáticas como resultado de contribuições artificiais de nutrientes para a água..
À medida que as populações desses organismos aumentam, eles consomem o oxigênio dissolvido na água, causando a morte de peixes e outras espécies. O aumento da temperatura da água contribui para a eutrofização, reduzindo o oxigênio dissolvido e concentrando sais, favorecendo o crescimento de algas e bactérias..
No caso do ar, as variações de temperatura afetam os processos fisiológicos e o comportamento das espécies. Muitos insetos diminuem sua fertilidade em temperaturas acima de certos níveis.
Da mesma forma, as plantas são sensíveis à temperatura para seu florescimento. O aquecimento global está fazendo com que algumas espécies expandam sua distribuição geográfica, enquanto outras o vêem restrito.
Temperaturas excepcionalmente altas afetam a saúde humana e podem ocorrer os chamados choques térmicos ou insolação. Consiste em desidratação aguda que pode causar paralisia de vários órgãos vitais e até causar a morte..
Ondas de calor podem causar centenas e até milhares de pessoas como em Chicago (EUA), onde em 1995 morreram aproximadamente 700 pessoas. Enquanto isso, as ondas de calor na Europa entre 2003 e 2010 causaram a morte de milhares de pessoas.
Por outro lado, as altas temperaturas afetam negativamente a saúde das pessoas com doenças cardiovasculares. Esta situação é especialmente grave em casos de hipertensão..
Variações repentinas de temperatura podem enfraquecer o sistema imunológico e tornar o corpo mais suscetível a doenças respiratórias.
A poluição térmica é um fator de saúde ocupacional em algumas indústrias, por exemplo, metalurgia e vidro. Aqui, os trabalhadores são submetidos a um calor radiante que pode causar sérios problemas de saúde..
Embora medidas de segurança sejam obviamente tomadas, a poluição térmica é significativa. As condições incluem exaustão por calor, choque térmico, queimaduras extremas de calor irradiado e problemas de fertilidade.
O aumento da temperatura global faz com que doenças até então restritas a determinadas áreas tropicais ampliem seu raio de ação.
Em abril de 2019, o 29º Congresso Europeu de Microbiologia Clínica e Doenças Infecciosas foi realizado em Amsterdã. Neste evento, foi apontado que doenças como chikungunya, dengue ou leishmaniose podem se espalhar para a Europa.
Da mesma forma, a encefalite transmitida por carrapatos pode ser afetada pelo mesmo fenômeno..
Trata-se de reduzir as contribuições líquidas de calor para o meio ambiente e evitar que o calor produzido fique preso na atmosfera.
As usinas termelétricas causam a maior contribuição da poluição térmica em termos de transferência líquida de calor para a atmosfera. Nesse sentido, para reduzir a poluição térmica é fundamental substituir os combustíveis fósseis por energias limpas..
Os processos de produção de energia solar, eólica (eólica) e hidrelétrica (água) geram entradas de calor residual muito baixas. O mesmo ocorre com outras alternativas como energia das ondas (ondas) e geotérmica (calor da terra),
Usinas termelétricas e indústrias cujos processos requerem sistemas de resfriamento podem empregar sistemas de malha fechada. Sistemas mecânicos de difusão de calor também podem ser incorporados para ajudar a reduzir a temperatura da água..
A cogeração consiste na produção simultânea de energia elétrica e energia térmica útil, como vapor ou água quente. Para isso, foram desenvolvidas tecnologias que permitem recuperar e aproveitar o calor residual gerado nos processos industriais..
Por exemplo, o projeto INDUS3ES financiado pela Comissão Europeia está desenvolvendo um sistema baseado em um “transformador de calor”. Este sistema é capaz de absorver calor residual de baixa temperatura (70 a 110 ºC) e devolvê-lo a uma temperatura mais elevada (120-150 ºC).
Sistemas mais complexos podem incluir outras dimensões de produção ou transformação de energia.
Entre elas está a trigeração, que consiste em incorporar processos de refrigeração além da geração de eletricidade e calor. Além disso, se a energia mecânica é gerada adicionalmente, falamos de tetrageneração.
Alguns sistemas são armadilhas de CO2, além de produzirem energia elétrica, energia térmica e mecânica, caso em que falamos de quatro gerações. Todos esses sistemas também contribuem para a redução das emissões de CO2..
Por ser o aquecimento global o fenômeno da poluição térmica de maior impacto no planeta, sua mitigação é necessária. Para isso, o principal é reduzir as emissões de gases de efeito estufa, incluindo CO2.
A redução das emissões requer uma mudança no padrão de desenvolvimento econômico, substituindo fontes de energia fóssil por energia limpa. Na verdade, isso reduz a emissão de gases de efeito estufa e a produção de calor residual..
Uma alternativa utilizada por algumas termelétricas é a construção de lagoas de resfriamento. Sua função é descansar e resfriar as águas derivadas do sistema de resfriamento antes de devolvê-las ao seu manancial natural..
As usinas nucleares produzem energia elétrica a partir da decomposição de material radioativo. Isso gera muito calor, exigindo um sistema de resfriamento.
A central nuclear de Santa María de Garoña (Espanha) era uma central de geração de energia do tipo BWR (reator de água fervente) inaugurada em 1970. Seu sistema de resfriamento consumia 24 metros cúbicos de água por segundo do rio Ebro.
De acordo com o projeto original, o esgoto devolvido ao rio não ultrapassaria 3 ºC em relação à temperatura do rio. Em 2011, um relatório do Greenpeace, corroborado por uma empresa ambiental independente, encontrou aumentos de temperatura muito maiores.
A água na área do derramamento atingiu 24 ºC (de 6,6 a 7 ºC de água natural do rio). Então, quatro quilômetros a jusante da área do derramamento, ultrapassou 21 ºC. A planta encerrou suas operações em 16 de dezembro de 2012.
Nas cidades existem cada vez mais sistemas de ar condicionado para reduzir a temperatura ambiente na estação quente. Esses dispositivos funcionam extraindo ar quente de dentro e difundindo-o para fora.
Eles geralmente não são altamente eficientes, então eles difundem ainda mais calor para fora do que extraem de dentro. Esses sistemas são, portanto, uma fonte relevante de poluição térmica.
Em Madrid, o conjunto de aparelhos de ar condicionado presentes na cidade eleva a temperatura ambiente em até 1,5 ou 2 ºC.
A margarina é um substituto da manteiga obtida pela hidrogenação de óleos vegetais. A hidrogenação requer a saturação de óleo vegetal com hidrogênio em altas temperaturas e pressões.
Este processo requer um sistema de resfriamento à base de água para capturar o calor residual gerado. A água absorve calor e eleva sua temperatura, sendo então devolvida ao meio ambiente.
Em uma empresa peruana produtora de margarina, um fluxo de água quente (35ºC) causava poluição térmica do mar. Para contrariar este efeito, a empresa implementou um sistema de cogeração baseado em circuito fechado de refrigeração.
Por meio desse sistema foi possível reaproveitar a água quente para pré-aquecer a água que entra na caldeira. Dessa forma, economizou-se água e energia e reduziu-se o fluxo de água quente para o mar..
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