S.J. dos Campos - Dutra

1. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Apostila de Engenharia e Meio Ambiente Prof. Dr. Fernando Cruz Barbieri S.J. dos Campos - Dutra

2. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e desenvolvimento S.J. dos Campos

3. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento • Desde o início da história da humanidade, as populações utilizavam plantasnativas, animais e minerais, que eram transformados em ferramentas, vestuário e outros produtos.

4. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento • Entende-se por energia a capacidade de realizar trabalho. • Fontes de energia, portanto, são elementos que podem produzir ou multiplicar o trabalho: os músculos, o sol, o fogo, o vento etc. • Depois da própria força humana, a primeira fonte de energia que o homem utilizou foi o fogo (de 50 000 a.C). • A utilização da força do vento, principalmente para a navegação, deve ter começado em torno do ano 2 000 a.C.

5. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento • O aproveitamento da água, da força hidráulica para mover moinhos, iniciou-se em torno do século II a.C. • A partir do ano 1000 d.C. começa a exploração mais intensa do carvão mineral (a hulha, inicialmente).

6. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento • A produção, por mais primitiva que fosse, era sempre constituída por um sistema aberto com fluxo linear de materiais • Sistema linear de produção. • Por séculos utilizou-se minerais e metais para a fabricação de ferramentas, moedas e armas. • Na era pré-industrial, a antroposferapoderia ser considerada integrada com os demais elementos do sistema natural, e a humanidade considerada parte do ecossistema natural e, portanto, sustentável.

7. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento

8. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento • Revolução Industrial foi a transição para novos processos de manufatura no período entre 1760 a algum momento entre 1820 e 1840. • Esta transformação incluiu a transição de métodos de produção artesanais para a produção por máquinas, a fabricação de novos produtos químicos e de processos de produção de ferro, maior eficiência da energia da água, o uso crescente da energia a vapor e o desenvolvimento das máquinas-ferramentas, além da substituição da madeira e de outros biocombustíveis pelo carvão. • A revolução teve início no Reino Unido e em poucas décadas se espalhou para a Europa Ocidental e os Estados Unidos.

9. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento • Por volta do final do século XIX, surge a eletricidade, o desenvolvimento dos motores a gasolina ou demais derivados do petróleo. • E, consequentemente, um notável desenvolvimento nas explorações petrolíferas.

10. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento • Em meados do século XX, surgiu a energia nuclear, sendo que a fissão nuclear (obtenção da energia nuclear) foi utilizada inicialmente para fins militares, durante a 2a Guerra Mundial. • A enorme participação das fontes não-renováveis na oferta mundial de energia coloca a sociedade diante de um desafio: a busca por fontes alternativas de energia. • Deverão coexistir várias fontes de energia, principalmente as renováveis e pouco poluidoras, e ainda aquelas de origem biológica que deverão conhecer uma maior expansão nas próximas décadas.

11. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento • Os sistemas produtivos são uma organização particular de fluxos de matéria, energia e informação e estão limitados aos seus recursos energéticos, ou seja, se podem suportar mais crescimento ou dever ser limitado em sua disponibilidade energética. • Sua evolução deveria ser compatível com o funcionamento dos ecossistemas; mas se não for, certamente os sistemas humanos estarão adotando padrões de destruição. • São inúmeras as evidências do atual padrão destrutivo do sistema produtivo e, lamentavelmente, muitas delas irreversíveis, como as mudanças climáticas e a perda da biodiversidade.

12. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento • Na área da engenharia, a administração da energia tornou-se uma das principais funções do engenheiro, já que a mesma representa, na maioria das vezes, a maior parcela na composição do custo da produção, além da interação com todos os processos que envolvem a geração, a transformação, a conservação e o uso racional da energia. • Cerca de 99 % da energia térmica utilizada pelos ecossistemas provém das radiações solares as quais constituem a principal fonte de energia da Terra. • O restante da energia é obtido de fontes primárias e transformado pelo homem em outras formas, como energia mecânica, elétrica, energia térmica e química. • Os recursos energéticos primários são classificados em renováveis e não renováveis.

13. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento • Energia limpa • 5% da geração mundial • Proposta brasileira para 15% até 2015

14. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento • O desenvolvimento de um sistema está limitado a seus recursos energéticos. • Se estes podem suportar mais crescimento ou se o sistema deve ser limitado em sua atividade depende da disponibilidade de energia externa.

15. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento A Figura abaixo mostra uma simulação computacional de um estado de declínio do nosso mundo e um estado estacionário após o período de crescimento. A medida que o reservatório de combustível é drenado, o mundo tem de voltar ao uso da energia solar (agricultura simples) após o esgotamento da fonte de energia não renovável. A reserva de combustível disponível no mundo foi tomada como 5 X 1019 quilocalorias e a energia solar convertida para o sistema produtivo de crescimento e de manutenção foi de 5 X 1016 quilocalorias para uma estrutura de 1018kcaL O pico de crescimento é observado ao longo de um período de 40 anos e depende das perdas consideradas,

16. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento • O modelo de desenvolvimento atual, baseado em fontes de energia não renováveis, gerou enormes problemas ambientais percebidos a partir dos anos 70com aformulação de novas descobertas científicas a respeito do impacto da industrialização sobre o clima e sobre os ecossistemas. • Desenvolvimento sustentável tornou-se um conceito utilizado para expressar esta necessidade de manter o equilíbrio entre as dimensões econômica, social e ambiental em escala global.

17. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento • As conclusões de grandes estudos científicos publicados nos últimos anos pelo: • IPCC(Intergovernamental PanelonCimateChange), • IGBP (Global Changeandthe Earth System: A Planet underPressure), a • FAO (FoodandAgricultureOrganization) e a • UNEP (United NationsEnvironmentProgramme) apontam para um conjunto de conclusões comuns: • A Terra está em crise • 8X0

18. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento • O clima está mudando rapidamente e inexoravelmente. Os oceanos estão morrendo, as calotas polares estão derretendo. • De um a dois terços de todas as espécies de plantas, animais e outros organismos podem extinguir-se ao longo das próximas décadas. • Bilhões de pessoas ao redor do mundo terão uma vida marcada pela sede, fome, pobreza e conflito.

19. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento • A partir da década de 50, o aumento nas atividades humanas tornou-se mais significativo, mostrando que os últimos 60 anos foram um período de mudança sem precedentes na história humana (Fig.A). • Este crescimento, também, resulta em aumento dos níveis de poluição, esgotamento dos recursos, perda espécies e degradação dos ecossistemas (Fig.B). • O aumento da atividade humana leva não só ao esgotamento das fontes de energia, mas também ao acúmulo de resíduos - além das substâncias tóxicas dissipadas no ambiente - que exercem pressão sobre o meio ambiente e, consequentemente, sobre a saúde e a qualidade de vida dos indivíduos.

20. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento • Foram identificados desperdícios notórios, como o grande volume de resíduos e a quase absoluta inexistência de iniciativas para sua redução na origem - as indústrias. • O excesso de embalagens descartáveis, aliado ao modo de vida urbano, é outro fator gerador de resíduos e da degradação ambiental.

21. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento • Outro agravante é a variedade de materiais descartados e sua natureza. • Por exemplo: é relativamente fácil controlar a emissão de gases ou a saída de efluentes líquidos de uma fábrica, MAS o descarte, como no caso dos herbicidas e pesticidas na agricultura, se mostra difícil de controlar e também de quantificar.

22. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento

23. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento Figura A. Aumento das taxas de mudança de atividade humana, desde o inicio da Revolução industrial

24. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento Figura A. Aumento das taxas de mudança de atividade humana, desde o inicio da Revolução industrial

25. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento

26. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento Figura B. Mudança em escala global no sistema terrestre como resultado do aumento das atividades humanas

27. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento Figura B. Mudança em escala global no sistema terrestre como resultado do aumento das atividades humanas

28. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento Segundo Elisabeth e Howard Thomas Odum, estamos numa transição para um futuro de baixa energia. Pois, um ciclo de crescimento, tem quatro fases: • crescimento; • climax-transição; • declínio e • restauração com baixa energia.

29. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento climax-transição crescimento; declínio restauração com baixa energia

30. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento • Em um sistema natural, como uma floresta, após o crescimento rápido (estágio 1), • A diversidade e a complexidade aumentam (estágio 2). • No 3 estagio, os estoques de reserva começam a diminuir, porque o crescimento utilizou todos os recursos disponíveis. • Por um outro meio, o sistema declina para adaptar-se a uma etapa de baixa energia (estagio 4) sendo um declínio catastrófico e inevitável.

31. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento • H.T.Odum e E. Odum em um livro publicado em 2001, consideram a transição para um futuro de baixa energia e afirmam que: • “ A primeira premissa para o declínio é que os combustíveis fósseis estão sendo utilizados mais rapidamente do que a Terra pode recuperá-los e que não existem novas fontes de energia com tanta energia como os combustíveis fósseis.” • “ A segunda ideia é que a civilização humana pode ter um declínio prospero para este mundo de mais baixa disponibilidade de energia”

32. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento • A importância do engenheiro será: • Na busca pela sustentabilidade, utilizando técnicas para medir e avaliar os sistemas de fornecimento de energia considerando o homem e a natureza, incluindo ainda em seus cálculos a economia. • Na percepção da escassez de energia, a mudança obrigatória dos seres humanos em relação ao seu modo de vida.

33. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Sociedade, Engenharia e Desenvolvimento Para refletir.... “Neste século, o crescimento frenético da nossa civilização capitalista é um grande pulso, transformando os recursos mundiais em ativos da sociedade...... o que é mais apropriado durante uma fase do ciclo de crescimento pode ser má politica em outro estágio..... para um sistema em declínio, não será boa politica impulsionar um crescimento que já não é possível.... com menos energia, sistemas só podem ser sustentados se forem reduzidos, por outro meio, o sistema vai adaptar ao declínio” Howard T. Odumand Elisabeth Odum (2001) A Prosperous Way Down: Principlesand Policies

34. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Lista 1 de exercícios • Como foi a evolução da utilização da energia usada pelo homem antes da Revolução industrial? • Como pode ser esquematizado o sistema linear de produção na era pré-industrial (Sustentável) • O que são sistemas produtivos? • O desenvolvimento de um sistema produtivo está limitado a quê? • Explique o estado de declínio do nosso mundo relacionando com a reserva de combustível disponível (Gráfico da simulação computacional). • Quais os significados das seguintes siglas:IPCC – IGBP – FAO – UNEP – • Quais as conclusões que chegaram os estudos científicos realizados por diferentes instituições em relação à Terra e ao clima? • A partir dos anos 50, o aumento nas atividades humanas tornou-se significativo, apresentando um período de mudanças sem precedentes na história humana. Cite alguns danos que este crescimento vem causando. • Quais são os estágios identificados no ciclo de bens estocados ou ciclo de crescimento? • Quais as principais ideias de H. T. Odum e E. Odum que foram publicadas no livro “A prosperous ...“ em 2001? • Qual deve ser a postura dos engenheiros perante à escassez de energia?

35. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Noções gerais sobre Poluição: Atmosférica S.J. dos Campos

36. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Poluição Atmosférica: histórico • Pode-se dizer que a evolução da poluição acompanhou a evolução do homem em sua ação como agente transformador de matéria prima e produtos. • A crescente necessidade de mecanização determinou a evolução tecnológica do homem. Essa evolução foi obtida pelo aumento da transformação de matéria-prima em maquinas e utensílios.

37. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Poluição Atmosférica: histórico • As transformações exigem ainda grandes quantidades de energia, que é gerada por meio de processos que em sua maioria, são também fontes de poluição.

38. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Poluição Atmosférica: histórico • Um dos pioneirosagentes poluentes até então foram os defensíveis agrícolas. • O aumento contínuo da poluição exigiu maior eficiência em muitas áreas industriais, principalmente a agricultura na produção de alimentos.

39. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Poluição Atmosférica: histórico • A princípio, pensava-se que a natureza seria capaz de eliminar os componentes da poluição e auto-regenerar-se em períodos de tempos curtos. • Quanto às águas, por exemplo, imaginava-se que os rios e os lagos pudessem receber poluentes em qualquer quantidade sem sofrer danos. • Tal hipótese era baseada no fornecimento contínuo de água limpa e pela descarga das águas contaminadas nos oceanos.

40. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Poluição Atmosférica: Definição • Definição: A poluição do ar pode ser considerada como qualquer condição atmosférica na qual substâncias estejam presentes em concentrações suficientes altas acima dos níveis normais, para causar efeitos indesejáveis ao homem e ao meio ambiente. • Podem ser produtos químicos naturais ou sintéticos que podem ser carregados pelo ar.

41. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Poluição Atmosférica: Definição fonte: CONAMA nº 03 de 28/06/90

42. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Poluição Atmosférica: Definição • Podem existir na atmosfera na forma de gases, vapores, partículas sólidas ou liquidas. • A poluição do ar pode ser decorrente de emissões em níveis superiores aos níveis aceitáveis, ou como decorrência de condições atmosféricas desfavoráveis para a dispersão de poluentes.

43. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Poluição Atmosférica: Inversão Térmica • Definição:É um fenômeno meteorológico caracterizado pela presença de ar frio nas regiões mais próximas à superfície (200 m a 1km), diferentemente do que ocorre em dias normais. • Este fenômeno climático ocorre principalmente nos grandes centros urbanos, regiões onde o nível de poluição é muito elevado.

44. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Poluição Atmosférica: Inversão Térmica

45. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Poluição Atmosférica: Inversão Térmica • Como ocorre a Inversão Térmica • A camada de ar fria, por ser mais pesada, acaba descendo e ficando numa região próxima a superfície terrestre, retendo os poluentes. • O ar quente, por ser mais leve, fica numa camada superior, impedindo a dispersão dos poluentes. • Este fenômeno climático pode ocorrer em qualquer dia do ano, porém é no inverno que ele é mais comum. • Nesta época do ano as chuvas são raras, dificultando ainda mais a dispersão dos poluentes, sendo que o problema se agrava.

46. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Poluição Atmosférica: Inversão Térmica • Problemas de Saúde • Este fenômeno afeta diretamente a saúde das pessoas, principalmente das crianças, provocando doenças respiratórias, cansaço entre outros problemas de saúde. • Pessoas que possuem doenças como, por exemplo, bronquite e asma são as mais afetadas com esta situação.

47. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Poluição Atmosférica: Efeito estufa • Definição: é um mecanismo natural do planeta Terra para possibilitar a manutenção da temperatura numa média de 15ºC, ideal para o equilíbrio de grande parte das formas de vida em nosso planeta. • Sem o efeito estufa natural, o planeta Terra poderia ficar muito frio, inviabilizando o desenvolvimento de grande parte das espécies animais e vegetais. • A ação do homem e o aumento do efeito estufa • O efeito estufa potencializado pela queima de combustíveis fósseis tem colaborado com o aumento da temperatura no globo terrestre nas últimas décadas.

48. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Poluição Atmosférica: Efeito estufa

49. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Poluição Atmosférica: Efeito estufa

50. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA Poluição Atmosférica: Efeito estufa • Pesquisadores do clima afirmam que, num futuro próximo, o aumento da temperatura provocado pelo efeito estufa poderá ocasionar o derretimento das calotas polares e o aumento do nível dos mares. • Como consequência, muitas cidades litorâneas poderão desaparecer do mapa. • Os gases do efeito estufa surgem, principalmente, das atividades humanas, como a produção industrial, a queima de árvores, fumaças de automóveis e outros equipamentos que utilizam a queima de combustíveis fósseis.