Características de poluição térmica, consequências, exemplos

O Contaminação térmica ocorre quando algum fator causa uma mudança indesejável ou prejudicial na temperatura ambiente. O meio mais afetado por essa poluição é a água, mas também pode afetar o ar e o solo.

A temperatura média do ambiente pode ser alterada por causas naturais e por ações humanas (antropogênicas). Entre as causas naturais estão incêndios florestais e erupções vulcânicas não provocadas.

Temperatura da superfície da Terra. Fonte: https: // Commons.Wikimedia.org/wiki/arquivo: Surfacetemperature.Jpg

Entre as causas antropogênicas estão a geração de eletricidade, a produção de gases de efeito estufa e processos industriais. Da mesma forma, os sistemas de resfriamento e condicionamento de ar contribuem.

O fenômeno de poluição térmica mais relevante é o aquecimento global, o que implica o aumento da temperatura média planetária. Isso se deve ao efeito estufa de tão chamado e às contribuições líquidas do calor residual pelo ser humano.

A atividade que gera a maior contaminação térmica é a produção de eletricidade a partir da queima de combustíveis fósseis. Ao queimar derivados de carvão ou petróleo, o calor é espalhado e o CO2 é produzido, o gás de efeito estufa principal.

A poluição térmica causa mudanças físicas, químicas e biológicas que produzem um impacto negativo na biodiversidade. A propriedade mais relevante de altas temperaturas é o seu poder catalítico e inclui as reações metabólicas que ocorrem nos organismos vivos.

Os seres vivos requerem condições de amplitude de variação de temperatura determinada para sobreviver. É por isso que qualquer alteração dessa amplitude pode implicar a diminuição das populações, sua migração ou sua extinção.

Por outro lado, a poluição térmica afeta diretamente a saúde humana que causa exaustão pelo calor, choque térmico e agrava doenças cardiovasculares. Além disso, o aquecimento global faz com que doenças tropicais expandam sua faixa de ação geográfica.

Evite a poluição térmica requer modificar os modos de desenvolvimento econômico e hábitos da sociedade moderna. Por sua vez, isso implica implementar tecnologias que reduzem o impacto térmico no meio ambiente.

Existem alguns exemplos de contaminação térmica aqui, como a usina nuclear de Santa María de Garoña (Burgos, Espanha) que operava entre 1970 e 2012. Este centro derramou as águas quentes de seu sistema de resfriamento para o rio Ebro, aumentando até 10 ºC sua temperatura natural.

Outro caso característico de poluição térmica é fornecido pelo uso de dispositivos de ar condicionado. A proliferação desses sistemas para reduzir a temperatura aumenta a temperatura de uma cidade como Madri em até 2 ° C.

Finalmente, o caso positivo de uma empresa produtora de margarina no Peru que usa água para refrigerar o sistema resultante e a água quente foi devolvida ao mar. Assim, eles conseguiram economizar energia, água e reduzir as contribuições de água quente para o meio ambiente.

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Caracteristicas

- Calor e poluição térmica

A poluição térmica é derivada da transformação de outras energias, uma vez que toda energia ao implantar gera calor. Isso consiste na aceleração do movimento das partículas médias.

Portanto, o calor é uma transferência de energia entre dois sistemas que estão em temperaturas diferentes.

A temperatura

A temperatura é uma magnitude que mede a energia cinética de um sistema, ou seja, o movimento médio de suas moléculas. Este movimento pode ser tradução como em um gás ou vibrações como em um sólido.

É medido pelo termômetro, dos quais existem vários tipos sendo a dilatação mais comum e eletrônica.

O termômetro de dilatação é baseado no coeficiente de dilatação de certas substâncias. Essas substâncias quando estão esticadas e suas subidas marcam uma escala graduada.

O termômetro eletrônico é baseado na transformação da energia térmica em energia elétrica traduzida em uma escala numérica.

A escala mais comum usada é a proposta por Anders Celsius (ºC, graus Celsius ou Celsius). Nele o 0 ºC corresponde ao ponto de congelamento da água e aos 100 ºC ao ponto de ebulição.

- Termodinâmica e poluição térmica

Termodinâmica é o ramo da física que estuda interações de calor com outras formas de energia. A termodinâmica contemplam quatro princípios fundamentais:

- Dois objetos com temperaturas diferentes trocarão calor até atingir o equilíbrio.

- A energia não é criada ou destruída, é apenas transformada.

- Uma forma de energia não pode ser completamente transformada em outro sem perda de calor. E o fluxo de calor será do mais quente pelo menos quente, nunca pelo 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 contaminação térmica. Além disso, pode ocorrer devido ao aumento ou diminuição da temperatura do meio.

Considera -se que o aumento ou diminuição da temperatura é poluente quando sai dos parâmetros vitais.

- Temperatura vital

A temperatura é um dos aspectos fundamentais para a ocorrência da vida como a conhecemos. A amplitude da variação de temperatura que permite a maior parte da vida ativa varia de -18 ºC a 50 ºC.

Pode haver organismos vivos em um estado latente a temperaturas de -200 ºC e 110 ºC, no entanto, são casos raros.

Bactérias termofílicas

Certas bactérias chamadas termofilos podem existir em temperaturas de até 100 ºC, desde que haja água líquida. Esta condição ocorre a altas pressões no fundo do mar em áreas de chaminés hidrotérmicas.

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Isso indica que a definição de poluição térmica em um meio é relativa e depende das características naturais do ambiente. Também está relacionado aos requisitos dos organismos que habitam uma determinada área.

Ser humano

Nos seres humanos, a temperatura corporal normal vai de 36,5 ºC a 37,2 ºC, e a capacidade homeostática (compensar variações externas) é limitada. Temperaturas abaixo de 0 ºC por tempos prolongados e sem qualquer proteção artificial causam morte.

Da mesma forma, temperaturas maiores que 50 ºC constantemente são muito difíceis de compensar a longo prazo.

- Poluição térmica e o meio

Na água, a poluição térmica causa um efeito mais imediato, uma vez que o calor é mais lentamente dissipado. No ar e no chão, a poluição térmica tem efeitos menos esmagadores, porque o calor se dissipa com maior velocidade.

Por outro lado, em pequenas áreas, a capacidade do ambiente de dissipar grandes quantidades de calor é muito limitada.

Efeito catalítico do calor

O calor tem um efeito catalítico nas reações químicas, ou seja, acelera essas reações. Este efeito é o principal fator pelo qual a poluição térmica pode ter consequências negativas para o meio ambiente.

Assim, alguns graus de diferença de diferença podem disparar reações que de outra forma ocorreriam.

Causas

- Aquecimento global

A Terra passou por ciclos de médias altas e baixas ao longo de sua história geológica. Nesses 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. Nesse caso, o principal problema é a diminuição da taxa de dissipação do referido calor em direção à estratosfera.

Isso ocorre principalmente devido à emissão de gases de efeito estufa por atividade humana. Entre eles incluem indústria, tráfego veicular e queima de combustível fóssil.

O aquecimento global hoje representa o maior e perigoso processo de contaminação térmica que existe. Além disso, a emissão de calor devido ao uso global de combustíveis fósseis incorpora calor adicional ao sistema.

- Plantas termoelétricas

Uma planta termoelétrica é um complexo industrial para produzir eletricidade a partir de um combustível. O referido combustível pode ser fóssil (carvão, petróleo ou derivados) ou um material radioativo (urânio, por exemplo).

Endesa como Pontes Termoelétricos Central (Espanha). Fonte: Provente de imagem por ☣ Banjo [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)]

Este sistema requer refrigeração de turbinas ou reatores e para esta água é usado. Na sequência de resfriamento, um grande volume de água é extraído de uma fonte conveniente e fria (um rio ou o mar).

Posteriormente, as bombas o forçam através de tubos que são cercados pelo vapor de água quente. O calor passa do vapor para a água de resfriamento e a água aquecida é devolvida à fonte que transporta excesso de calor para o ambiente natural.

- Incendios florestais

Os incêndios florestais são um fenômeno comum hoje, sendo em muitos casos causados ​​direta ou indiretamente pelo ser humano. A queima de grandes massas arborizadas transfere enormes quantidades de calor principalmente no ar e no solo.

- Aparelhos de ar condicionado e sistemas de refrigeração

Os dispositivos de ar condicionado não apenas alteram a temperatura da área interior, mas causam desequilíbrios na área externa. Por exemplo, os ar condicionados se dissipam 30% a mais do que o calor que extraem do interior.

De acordo com a Agência Internacional de Energia, existem cerca de 1.600 milhões de dispositivos de ar condicionado no mundo. Da mesma forma, geladeiras, geladeiras, cava e qualquer equipamento destinado a diminuir a temperatura em uma área fechada gerar poluição térmica.

- Processos industriais

De fato, 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 a gás, metalurgia e produção de vidro liquefeito.

Liquefeito a gás

As indústrias de regasificação e liquefação de vários gases de uso industrial e médico requerem processos de refrigeração. Esses processos são endotérmicos, ou seja, eles absorvem o resfriamento de calor no ambiente circundante.

Para isso, é usada a água que é devolvida ao meio ambiente a uma temperatura mais baixa do que a inicial.

Metalúrgico

Altos fornos de fundição emitem calor para o meio ambiente, pois atingem temperaturas acima de 1.500 ºC. Por outro lado, os processos de resfriamento dos materiais usam água que se refere a maior temperatura para o ambiente.

Produção de vidro

Nos processos fundidos e de moldagem do material, são alcançadas temperaturas de até 1.600 ºC. Nesse sentido, a poluição térmica gerada por esse setor é considerável, especialmente no ambiente de trabalho.

- Sistemas de iluminação

Lâmpadas incandescentes ou holofotes e lâmpadas fluorescentes dissipam energia na forma de calor no ambiente. Devido à alta concentração de fontes de iluminação nas áreas urbanas, torna -se um foco significativo de contaminação térmica.

- Motores de combustão interna

Motores de combustão interna, como carros podem gerar cerca de 2.500 ºC. Este calor é dissipado para o meio ambiente através do sistema de resfriamento, especificamente através do radiador.

Levando em consideração que centenas de milhares de veículos circulam diariamente, é possível inferir a quantidade de calor transferido.

- Centros urbanos

Na prática, uma cidade é um foco de contaminação térmica devido à existência de muitos dos fatores já indicados. No entanto, uma cidade é um sistema cujo efeito térmico se torna uma ilha de calor dentro da estrutura de seus arredores.

Pode atendê -lo: quais são os elementos naturais?Ilhas de calor na Espanha. Fonte: Galjundi7 [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)]

Efeito Albedo

O albedo refere -se à capacidade de um objeto de refletir a radiação solar. Além da contribuição calórica que cada elemento presente pode fazer (carros, casas, indústrias), a estrutura urbana exerce sinergia significativa.

Por exemplo, materiais em centros urbanos (principalmente concreto e asfalto) têm um albedo baixo. Isso os deixa quentes, o que o calor emitido pela atividade na cidade aumenta a contaminação térmica.

Contribuições líquidas de calor urbano

Várias pesquisas mostraram que a geração de calor por atividades humanas para um dia quente em uma cidade pode ser muito alta.

Por exemplo, em Tóquio, há uma contribuição líquida de calor de 140 W/m2, equivalente a um aumento de temperatura de aproximadamente 3 ° C. Em Estocolmo, a contribuição líquida é estimada em 70 W/m2, equivalente a um aumento de 1,5 ºC na temperatura.

Consequências

- Mudanças nas propriedades físicas da água

O aumento do produto da temperatura da água da poluição térmica causa mudanças físicas neste. Por exemplo, diminuir o oxigênio dissolvido e aumentar os sais, afetando os ecossistemas aquáticos.

Em corpos de água sujeitos a mudanças sazonais (congelamento do inverno), adicione água quente altera a taxa de congelamento natural. Por sua vez, isso afeta os seres vivos que se adaptaram a essa sazonalidade.

- Impacto na biodiversidade

Vida aquática

Em sistemas de resfriamento de plantas termoelétricas, a exposição a altas temperaturas produz choque fisiológico para certos organismos. Nesse caso, o fitoplâncton, o zooplâncton, ovos e larvas de plâncton, peixe e invertebrados são afetados.

Muitos organismos aquáticos, especialmente os peixes são muito sensíveis à temperatura da água. Na mesma espécie, a faixa de temperatura ideal varia dependendo da temperatura de aclimatação de cada população específica.

Por causa disso, as variações de temperatura causam desaparecimento ou migração de populações inteiras. Assim, a água de descarga de uma planta termoelétrica pode aumentar a temperatura em 7,5-11 ºC (água fresca) e 12-16 ºC (água salgada).

Esse choque térmico pode levar a 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.

Eutrofização

Esse fenômeno afeta seriamente os ecossistemas aquáticos, mesmo causando o desaparecimento da vida neles. Começa com a proliferação de algas, bactérias e plantas aquáticas, produto de contribuições artificiais de nutrientes para a água.

Ao aumentar as populações desses organismos, 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, diminuindo o oxigênio dissolvido e os sais concentrados, favorecendo o crescimento de algas e bactérias.

Vida terrestre

No caso do ar, as variações de temperatura afetam os processos fisiológicos e o comportamento das espécies. Muitos insetos diminuem sua fertilidade contra temperaturas acima de certos níveis.

Da mesma forma, as plantas são sensíveis à temperatura para a floração. O aquecimento global está fazendo com que algumas espécies expandam sua extensão geográfica, enquanto outras o veem restritas.

- Saúde humana

Insolação

Temperaturas extraordinariamente altas afetam a saúde humana, o choque térmico ou a insolação térmica e a insolação pode ocorrer. Isso consiste em desidratação aguda que pode causar a paralisia de vários órgãos vitais e até causar morte.

Ondas de calor passam a causar centenas e até milhares de pessoas como em Chicago (EUA), onde aproximadamente 700 pessoas morreram em 1995. Por sua parte, ondas de calor na Europa entre 2003 e 2010 causaram a morte de milhares de pessoas.

Doenças cardiovasculares

Por outro lado, altas temperaturas afetam negativamente a imagem de saúde de pessoas com doenças cardiovasculares. Esta situação é especialmente grave nos casos de hipertensão.

Mudanças repentinas de temperatura

Variações repentinas de temperatura podem enfraquecer o sistema imunológico e tornar o corpo mais suscetível a doenças respiratórias.

Higiene e ambiente de trabalho

A poluição térmica é um fator de saúde trabalhista em algumas indústrias, por exemplo. Aqui os trabalhadores estão sujeitos a calor radiante que pode causar sérios problemas de saúde.

Embora as medidas de segurança sejam obviamente tomadas, a poluição térmica é significativa. Entre as condições estão exaustão pelo calor, choque térmico, queimaduras de calor de irradiado extremo e problemas de fertilidade.

Doenças tropicais

O aumento da temperatura global causa doenças até agora restringidas a certas áreas tropicais para expandir seu raio de ação.

Em abril de 2019, foi realizado o 29º Congresso Europeu de Microbiologia Clínica e Doenças Infecciosas em Amsterdã. Este evento apontou que doenças como chikungunya, dengue ou leishmaniose podem se expandir para a Europa.

Da mesma forma, a encefalite transmitida por carrapato pode ser afetada pelo mesmo fenômeno.

Como evitá -lo

Trata -se de reduzir as contribuições de calor líquido para o meio ambiente e impedir que o calor produzido seja preso na atmosfera.

- Uso de energia e tecnologias mais eficientes para geração de eletricidade

Fontes de energia

As usinas termoelétricas causam a maior contribuição da contaminação térmica em termos de transferência de calor líquido para a atmosfera. Nesse sentido, para reduzir a poluição térmica, é essencial substituir as energias fósseis por energia limpa.

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Os processos da produção solar, de vento (vento) e hidrelétricos (água) (água) fazem contribuições residuais muito baixas. O mesmo acontece com outras alternativas, como a energia olamotriz (ondas) e geotérmica (calor da terra),

Tecnologias

Plantas e indústrias termoelétricas cujos processos exigem sistemas de refrigeração podem usar sistemas de circuito fechado. Sistemas mecânicos de difusão de calor também podem ser incorporados que contribuem para reduzir a temperatura da água.

- Cogeração

A cogeração consiste em produzir simultaneamente eletricidade e energia térmica útil, como vapor de água ou água quente. Para isso, foram desenvolvidas tecnologias que permitem se recuperar e aproveitar o calor residual gerado em 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 o calor residual de baixa temperatura (70 a 110 ºC) e devolvê-lo a uma temperatura mais alta (120-150 ºC).

Outras dimensões de geração de energia

Sistemas mais complexos podem incluir outras dimensões da produção de energia ou transformação.

Entre eles, temos a trigoneração que consiste em incorporar processos de refrigeração, além da geração de eletricidade e calor. Além disso, se também é gerada energia mecânica, a tetrageneração será discutida.

Alguns sistemas são armadilhas de CO2, além de produzir eletricidade, energia térmica e mecânica; nesse caso, há falar de quadrigeneração. Todos esses sistemas contribuem adicionalmente para reduzir as emissões de CO2.

- Reduza a emissão de gases de efeito estufa

Como o aquecimento global é o fenômeno da poluição térmica de maior impacto no planeta, sua mitigação é necessária. Para conseguir isso, o principal é reduzir as emissões de gases de efeito estufa, incluindo CO2.

A redução de emissões requer uma mudança no padrão de desenvolvimento econômico, substituindo fontes de energia fósseis por energia limpa. De fato, isso reduz a emissão de gases de efeito estufa e produção residual de calor.

- Período de resfriamento de água de resfriamento

Uma alternativa usada por algumas usinas termoelétricas é a construção de lacunas de resfriamento. Sua função é descansar e esfriar as águas derivadas do sistema de refrigeração antes de devolvê -las à sua fonte natural.

Exemplos de contaminação térmica

Central Termoelétrico de Brayton (Estados Unidos). Fonte: Wikimaster97Commons [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)]

Santa María de Garoña usina nuclear

As usinas nucleares produzem eletricidade a partir da decomposição de material radioativo. Isso gera muito calor, sendo um sistema de resfriamento necessário.

A usina nuclear de Santa María de Garoña (Espanha) era uma usina de eletricidade do tipo BWR (reator de água fervente ou reator de água fervente) inaugurado em 1970. Seu sistema de refrigeração usava água cúbica de 24 metros por segundo do rio Ebro.

De acordo com o projeto original, as águas residuais retornaram ao rio não excederiam 3 ºC em relação à temperatura do rio. Em 2011, um relatório do Greenpeace, corroborado por uma empresa ambiental independente, determinou que a temperatura muito mais alta aumenta.

A água na área de descarga atingiu 24 ºC (de 6,6 a 7 ° C da água natural do rio). Então, a quatro quilômetros, preside a zona de despejo, excedeu 21 ºC. O Central cessou suas operações em 16 de dezembro de 2012.

Dispositivos de ar condicionado em Madri (Espanha)

Nas cidades, há cada vez mais sistemas de ar condicionado para reduzir a temperatura ambiente na estação quente. Esses dispositivos funcionam extraindo ar quente do interior e espalhando -o para fora.

Eles geralmente não são de alta eficiência, então se espalham ainda mais calor do que extraem do interior. Esses sistemas são, portanto, uma fonte relevante de contaminação térmica.

Em Madri, o conjunto de ar condicionados presentes na cidade aumentam a temperatura ambiente até 1,5 ou 2 ºC.

Um exemplo positivo: planta de produção de Margarina no Peru

A margarina substitui a manteiga obtida pela hidrogenação de óleos vegetais. A hidrogenação requer hidrogênio com altas temperaturas e pressões com hidrogênio.

Este processo requer um sistema de resfriamento à base de água para capturar o calor residual gerado. A água absorve o calor e aumenta sua temperatura e depois retornando ao meio ambiente.

Em uma empresa peruana que produz margarina, um fluxo de água quente (35 ºC) causou poluição térmica no mar. Para neutralizar esse efeito, a empresa implementou um sistema de cogeração baseado em um circuito de resfriamento fechado.

Através deste sistema, foi possível reutilizar água quente para pré -aquecer a água de entrada na caldeira. Dessa maneira, a água, a energia foi salva e o fluxo de água quente para o mar é reduzido.

Referências

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