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CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIVATES
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL
AVALIAÇÃO DE QUALIDADE DO AR INTERIOR EM FUNÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DE VENTILAÇÃO DAS
EDIFICAÇÕES
Ismael da Silva Schossler
Lajeado, dezembro de 2014
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Ismael da Silva Schossler
AVALIAÇÃO DE QUALIDADE DO AR INTERIOR EM FUNÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DE VENTILAÇÃO DAS
EDIFICAÇÕES
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas do Centro Universitário UNIVATES, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Ambiental.
Orientador: Prof. Dr. Eduardo Rodrigo Ramos de Santana
Coorientador: Prof. Rodrigo Spinelli
Lajeado, dezembro de 2014
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RESUMO
Problemas na qualidade do ar interior nos novos edifícios podem estar vinculados a falhas ou deficiências na ventilação de seus ambientes. Agregado a tendência de preocupação única com estética e funcionalidade dos edifícios, esses problemas podem ser amplificados. Este trabalho tem por objetivo avaliar as condições do ar interior de ambientes, relacionado às características de ventilação das edificações. Baseado nos parâmetros definidos na Resolução RE n° 9 de 2003 da ANVISA, analisou-se a qualidade do ar no interior de ambientes com diferentes sistemas de distribuição da ventilação. Para obtenção dos dados necessários foram realizadas análises e monitoramentos em quatro protótipos de alvenaria, construídos em escala reduzida, simulando ambientes com ventilação natural. O primeiro protótipo não possui sistema de circulação da ventilação, o segundo possui distribuição da ventilação por efeito chaminé, o terceiro e o quarto foram construídos com distribuição da ventilação através de torre de vento, porém no quarto protótipo possui aspersão de água. As avaliações foram realizadas a partir das análises de fatores microbiológicos, físicos e químicos, realizadas no ar interior dos ambientes. Com todos os dados levantados, avaliaram-se os protótipos mostrando que o ar em cada um deles se comporta de forma variada em relação a cada parâmetro avaliado.
Palavras-chave: Qualidade do ar interior. Características de ventilação. Análise do ar.
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ABSTRACT
Indoor air quality problems in the new buildings can be related to failures or deficiencies in the ventilation of their places. These problems can be magnified if only concern with appearance and functionality of buildings. This paper aims to evaluate the indoor air conditions in relation to the ventilation characteristics of the buildings. Based on the parameters defined in the ANVISA Resolution RE No. 9 of 2003, analyzed the air quality within rooms with different delivery ventilation systems. To obtain the necessary data, analyzes and monitoring were performed in prototypes, built on a small scale, simulating natural ventilation. The first prototype has no circulation ventilation system, the second prototype has distribution of ventilation chimney effect, the third and fourth prototypes were constructed with ventilation distribution wind tower, but in the fourth prototype has water spray. The evaluations were performed from the analysis of microbiological, physical and chemical factors, conducted in indoor air. With all the data collected, the prototypes were evaluated showing that the air in each behaves in different ways for each parameter evaluated.
Keywords: Indoor air quality. Ventilation characteristics. Air analysis.
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Divisão da atmosfera em camadas .......................................................... 18
Figura 2 – Esquematização da circulação convergente e divergente do ar .............. 24 Figura 3 – Principais direções dos ventos ................................................................. 25 Figura 4 – Direção predominante dos ventos ............................................................ 27
Figura 5 – Contaminação por fontes externas........................................................... 38 Figura 6 – Localização dos protótipos ....................................................................... 45 Figura 7 – Projeto do protótipo 1 ............................................................................... 45 Figura 8 – Projeto do protótipo 2 ............................................................................... 46
Figura 9 – Projeto do protótipo 3 ............................................................................... 47 Figura 10 – Projeto do protótipo 4 ............................................................................. 48
Figura 11 – Início da construção dos protótipos ........................................................ 49 Figura 12 – Finalização das alvenarias ..................................................................... 49 Figura 13 – Grelha de madeira instalada .................................................................. 50
Figura 14 – Sistema de aspersão de água do protótipo 4 ......................................... 50 Figura 15 – Construção dos protótipos finalizada; (a) protótipo 1; (b) protótipo 2; (c) protótipo 3; (d) protótipo 4 ......................................................................................... 51 Figura 16 – Estação meteorológica Instrutemp ITWH-1080, instalada próximo aos protótipos, e seu painel de controle ........................................................................... 52 Figura 17 – Sensores Pt-100 conectados a um Dattalogger ..................................... 53 Figura 18 – Portable AIQ Meter 4in1 modelo 77597 ................................................. 54
Figura 19 – GasAlertMicroClip XT ............................................................................. 54
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LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 – Frequência média anual da velocidade do vento .................................... 26
Gráfico 2 – Variação da umidade relativa do ar ........................................................ 59 Gráfico 3 – Direção de predominância dos ventos no período amostral ................... 60 Gráfico 4 – Temperaturas nos protótipos e ambiente externo .................................. 61
Gráfico 5 – Dados de umidade relativa do ar no interior de cada um dos protótipos 64
Gráfico 6 – Dados da presença de CO2 no ar interior dos protótipos ........................ 66 Gráfico 7 – Unidades formadoras de colônia em cada placa de Petri por m³ de ar .. 69 Gráfico 8 – Valor médio das unidades formadoras de colônias em cada ambiente .. 70
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LISTA DE QUADROS
Quadro 1 – Principais compostos orgânicos encontrados no ambiente interno ........ 35
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Composição da atmosfera seca .............................................................. 17
Tabela 2 – Efeitos da concentração de O2 ................................................................ 19 Tabela 3 – Avaliação do parâmetro temperatura interna nos protótipos ................... 63 Tabela 4 – Avaliação da temperatura desconsiderando o limite mínimo .................. 63
Tabela 5 – Avaliação do parâmetro umidade relativa no interior dos protótipos ....... 65
Tabela 6 – Dados das análises de CO2 em ppm no ar interior dos protótipos .......... 67 Tabela 7 – Valores médios de CO2 em mg.L-1 no ar interior dos protótipos .............. 67 Tabela 8 – Apresentação da quantidade de colônias contadas em cada placa de Petri e o volume de ar dos protótipos, obtendo a relação de unidades formadoras de colônia por metro cúbico de ar (ufc/m³) ..................................................................... 69
Tabela 9 – Comparativo entre os percentuais de amostras apropriadas para os parâmetros da qualidade do ar interior analisados nos protótipos ............................ 76
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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas
CETESB - Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental
CO - Monóxido de Carbono
CO2 - Dióxido de Carbono
CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente
COS-V - Compostos Orgânicos Semi-Voláteis
COV - Compostos Orgânicos Voláteis
EPA - US Environmental Protection Agency
E - Este
ENE - Este-nordeste
ESE - Este-sudeste
H2SO4 - Ácido Sulfúrico
HC - Hidrocarbonetos totais
m/s - Metros por segundo
MMA - Ministério do Meio Ambiente
N - Norte
NE - Nordeste
NNE - Norte-nordeste
NNO - Norte-noroeste
NO - Noroeste
NO2 - Dióxido de nitrogênio
NOX - Óxidos de Nitrogênio
O - Oeste
O2 - Oxigênio
O3 - Ozônio
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OMS - Organização Mundial de Saúde
ONO - Oeste-noroeste
OSO - Oeste-sudeste
PI - Partículas Inaláveis
ppm - Partes por Milhão
PTS - Partículas Totais em Suspensão
PVC - Policloreto de Vinila
QAI - Qualidade do Ar Interior
S - Sul
SE - Sudeste
SED - Síndrome do Edifício Doente
SO - Sudoeste
SO2 - Dióxido de Enxofre
SSE - Sul-sudeste
SSO - Sul-sudoeste
UFC - Unidades Formadoras de Colônia
VMR - Valor Máximo Recomendável
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SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 12
1.1 Objetivo geral .................................................................................................... 14
1.2 Objetivos específicos ....................................................................................... 15
1.3 Estrutura do documento .................................................................................. 15
2 REFERENCIAL TEÓRICO ................................................................................... 16
2.1 Atmosfera .......................................................................................................... 16
2.1.1 Importância do ar .......................................................................................... 18
2.1.2 Poluentes atmosféricos ............................................................................... 19
2.2 Ventos ................................................................................................................ 22
2.2.1 Importância do estudo dos ventos.............................................................. 25
2.2.2 Análise dos ventos no local de estudo ....................................................... 26
2.3 Ventilação natural ............................................................................................. 27
2.4 Qualidade do ar interior .................................................................................... 29
2.5 Fatores que interferem na qualidade do ar interior ....................................... 32
2.5.1 Fatores Microbiológicos .............................................................................. 32
2.5.2 Fatores Químicos ......................................................................................... 33
2.5.3 Compostos Orgânicos Voláteis ................................................................... 35
2.5.4 Materiais particulados .................................................................................. 36
2.5.5 Ventilação ...................................................................................................... 37
2.5.6 Interferências externas ................................................................................. 37
2.6 Legislações ....................................................................................................... 38
2.6.1 Padrões de qualidade do ar interior ............................................................ 40
2.6.2 Métodos de análise recomendados pela RE nº9/2003 ............................... 42
3 MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................... 44
3.1 Projeto e elaboração dos protótipos ............................................................... 44
3.1.1 Protótipo 1 – Sem sistema de distribuição de ventilação ......................... 45
3.1.2 Protótipo 2 – Distribuição de ventilação por efeito chaminé .................... 46
3.1.3 Protótipo 3 – Distribuição de ventilação por efeito torre de vento .......... 46
3.1.4 Protótipo 4 – Distribuição de ventilação por efeito torre de vento com aspersão de água .................................................................................................... 47
3.1.5 Considerações quanto à posição e orientação dos protótipos ................ 48
3.1.6 Construção dos protótipos .......................................................................... 49
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3.2 Ambiente climatizado artificialmente .............................................................. 51
3.3 Ferramentas para levantamento de dados ..................................................... 51
3.3.1 Monitoramentos ............................................................................................ 52
3.3.2 Amostragens ................................................................................................. 53
3.4 Métodos de análise ........................................................................................... 55
3.4.1 Fungos ........................................................................................................... 55
3.4.2 Monóxido e Dióxido de Carbono ................................................................. 56
3.4.3 Temperatura e umidade relativa .................................................................. 57
3.4.4 Percentual de oxigênio e sulfeto de hidrogênio ........................................ 57
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES .......................................................................... 58
4.1 Parâmetros do ambiente externo .................................................................... 58
4.1.1 Temperatura externa .................................................................................... 58
4.1.2 Umidade relativa do ar externa .................................................................... 59
4.1.3 Ventos ............................................................................................................ 59
4.2 Temperatura interna ......................................................................................... 60
4.2.1 Avaliação do parâmetro em relação a RE nº09 ANVISA ............................ 62
4.3 Umidade relativa do ar interior ........................................................................ 63
4.3.1 Avaliação do parâmetro em relação a RE nº09 ANVISA ............................ 64
4.4 Dióxido de carbono........................................................................................... 65
4.4.1 Avaliação do parâmetro em relação a RE nº09 ANVISA ............................ 67
4.5 Fungos ............................................................................................................... 68
4.5.1 Avaliação do parâmetro em relação a RE nº09 ANVISA ............................ 70
4.6 Monóxido de carbono, oxigênio (%) e sulfeto de hidrogênio ....................... 71
4.7 Avaliação ........................................................................................................... 71
4.7.1 Protótipo 1 ..................................................................................................... 71
4.7.2 Protótipo 2 ..................................................................................................... 72
4.7.3 Protótipo 3 ..................................................................................................... 73
4.7.4 Protótipo 4 ..................................................................................................... 74
4.7.5 Ambiente climatizado artificialmente .......................................................... 75
4.8 Parecer geral ..................................................................................................... 75
5 CONCLUSÃO ....................................................................................................... 77
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 79
APÊNDICES ............................................................................................................. 82
ANEXOS ................................................................................................................... 92
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1 INTRODUÇÃO
As inúmeras atividades antrópicas têm influenciado a composição do ar
durante os milhares de anos em que os seres humanos têm vivido no planeta, antes
mesmo que fosse possível conhecer os elementos que constituem o ar. Ao se falar
em contaminação do ar, sugere-se que os contaminantes são aqueles gerados pelas
atividades do homem. Pode-se considerar como contaminante a substância que
produz um efeito prejudicial ao ambiente e os efeitos possam alterar as condições de
saúde e bem-estar dos indivíduos (CAVALCANTI, 2010).
Define-se o ar como uma mistura gasosa de suma importância para a vida do
ser humano, principalmente devido aos processos de nível celular, onde ocorre a
transformação dos alimentos em energia, através das reações com o oxigênio
contido no ar inspirado. É através desse processo que ocorre a produção da energia
necessária pelo organismo para a manutenção da vida e realização dos movimentos
diversos do indivíduo (BASTO, 2007).
A composição do ar não contaminado é desconhecida e existem muitas ideias
sobre o que compõe a contaminação ou a poluição da atmosfera. A contaminação
propõe o aumento, ou, em alguns casos, a redução de certos componentes.
Significativas modificações em nível local, regional e até continental, evidenciadas
nos valores dos componentes atmosféricos, têm sido causadas pelos fenômenos
naturais, como erupções vulcânicas, decomposição de plantas e de animais,
incêndios florestais, tormentas de areia, incluindo os aerossóis emitidos pelos
oceanos (CAVALCANTI, 2010).
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Sobre os fenômenos naturais relacionados à poluição, Lisboa (2007) comenta
que o vento é um fator atmosférico importante para a dispersão dos poluentes na
atmosfera, e o estudo da sua direção, frequência e intensidade pode auxiliar na
determinação de áreas influenciadas pela difusão das características do ar de outro
ambiente. Nas áreas de engenharia e arquitetura, informações sobre os ventos
ainda possibilitam estudos da utilização da ventilação natural de ambientes,
produzindo situações de conforto térmico, sensação de resfriamento, através da
velocidade do ar (ANDREASI; VERSAGE, 2007).
Segundo Cunha (2010), a ventilação natural é uma das estratégias
bioclimáticas mais comuns para renovação do ar, contribuindo com a qualidade do
ar em ambientes internos. A renovação do ar, que tem por objetivo a remoção de
gases, odores ou materiais particulados gerados através de atividades antrópicas ou
mesmo de máquinas e equipamentos localizados no ambiente, é uma atividade
recomendada a todos os climas, uma vez que pode assegurar a higiene e a boa
saúde dos indivíduos presentes no ambiente. Assim, além de favorecer condições
de conforto, a captação do ar exterior do ambiente, e consequente remoção de
parcela do ar interno, tem papel importante na melhoria da qualidade ambiental dos
edifícios.
Porém, segundo Ceccato (2012), existe uma tendência ao desuso de
sistemas de passivos de resfriamento, incluindo os sistemas de ventilação natural,
devido ao surgimento e expansão do uso dos sistemas de ar condicionado. O
pensamento dos projetistas faz com que até em cidades de clima ameno sejam
utilizados sistemas de condicionamento artificial do ar. Opta-se, na maioria das
vezes, pelo uso de fachadas de vidro, que superaquecem o ambiente interno,
tornando necessário o uso de sistemas de ar condicionado.
A estética dos edifícios, redução de ruídos e a tentativa de reduzir o consumo
energético pelos sistemas de climatização artificial, ainda criam uma disposição de
tornar as edificações seladas. Tudo isso acaba gerando prejuízos à saúde dos
ocupantes, além de impactos ambientais consideráveis. Assim, considerando a
qualidade do ar interior (QAI), devem-se conhecer as influências que as tomadas de
decisões podem ter ao ambiente interno.
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A Organização Mundial de Saúde (OMS) considera que muitos dos poluentes
químicos e biológicos causadores da chamada síndrome do edifício doente (SED)
podem ser encontrados em materiais comuns dentro de ambientes, como móveis,
tintas e matérias de construção. Como o próprio nome informa, a SED é uma
síndrome constatada em edificações onde a qualidade do ambiente não é adequada
ao bem estar dos ocupantes. Os sintomas mais comuns em ambientes “doentes”
são a irritação e obstrução nasal, desidratação e irritação da pele, irritação na
garganta e nas membranas dos olhos, dor de cabeça, cansaço generalizado
causando perda do poder de concentração. Esses sintomas podem desaparecer
quando o ambiente é evitado pelo indivíduo (GIODA; AQUINO NETO, 2003a). Nesse
cenário, a ventilação do ambiente é considerada ótima alternativa para proporcionar
condições aceitáveis de ar no ambiente interno, ressaltando-se dificuldade de
controlar os poluentes e suas fontes de emissão.
Objetivando reduzir o risco à saúde dos ocupantes de ambientes climatizados
artificialmente, e propensos à SED, em 28 de agosto de 1998, o Ministério da Saúde
publicou a Portaria 3.523 (BRASIL, 1998). Como consequência, foi publicada a
Resolução 176 de 24 de outubro de 2000 pela Agência Nacional de Vigilância
Sanitária (ANVISA), e, posteriormente, como forma de revisão da resolução
176/2000, houve a atualização para a Resolução RE nº 9 de 16 de Janeiro de 2003
(BATISTA, 2008). Esta resolução, vista como revolucionária por Gioda e Aquino
Neto (2003a) traz definições dos parâmetros mínimos para uma qualidade do ar de
interiores aceitável.
1.1 Objetivo geral
Com base nessas informações, a proposta deste estudo é verificar se
ambientes com diferentes características de ventilação podem fornecer condições
adequadas de qualidade do ar interior. Assim, se tem como objetivo a avaliação da
qualidade do ar no interior de ambientes com diferentes formas de ventilação.
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1.2 Objetivos específicos
Construir quatro protótipos em alvenaria, com escala reduzida, nas
dependências do Centro Universitário UNIVATES em Lajeado/RS, simulando
ambientes com sistemas de ventilação natural.
Obter informações pertinentes à avaliação da qualidade do ar no interior dos
protótipos e em um ambiente com climatização artificial, através de análises
microbiológicas e monitoramentos de temperatura, umidade e poluentes gasosos.
Comparar os dados obtidos com os padrões de qualidade do ar estabelecidos
em normas técnicas e resoluções, com a finalidade de classificar o ar interior dos
protótipos.
1.3 Estrutura do documento
O capítulo 2 desse estudo apresenta um referencial teórico, contendo os
conceitos fundamentais de atmosfera, poluentes atmosféricos, ventos e ventilação
natural, além de apresentar os parâmetros para qualidade do ar interno, as
legislações pertinentes e os tipos de análises propostas em normas técnicas.
No capítulo 3 são apresentadas as metodologias e as experimentações
propostas, descrevendo como foram construídos os protótipos e como foram
realizados os monitoramentos e as análises, ferramentas para levantamento das
informações necessárias para avaliação da qualidade do ar interior nos ambientes
de estudo.
O capítulo 4 expõe resultados e as considerações acerca dos dados
levantados durante todo o período do estudo. Apresenta comentários do autor sobre
as interações dos parâmetros e a avaliação de cada um dos ambientes de estudo.
Por fim, no capítulo 5, são apresentadas as considerações finais do estudo e
as conclusões relevantes sobre o trabalho.
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2 REFERENCIAL TEÓRICO
Neste capítulo, será apresentado um referencial teórico com assuntos
pertinentes ao tema do presente estudo, servindo como base para a melhor
interpretação dos fenômenos, atividades e sistemas importantes relacionados aos
objetivos deste trabalho. Serão versados conceitos fundamentais sobre a atmosfera
e seus principais poluentes, ventos, ventilação natural e qualidade do ar interior,
além de legislações pertinentes e métodos para análises e monitoramento da
qualidade do ar interior.
2.1 Atmosfera
Segundo Varejão-Silva (2006) entende-se como atmosfera o conjunto de
gases, vapor d’água e partículas que envolvem a superfície terrestre, formando o
que é chamado de ar. A atmosfera terrestre é fundamental para a vida na Terra, isso
porque os seres humanos dependem de ar para sobreviver.
A atmosfera é uma mistura de gases, sem odor e sem cor, que forma uma
espécie de capa ao redor do planeta. Essa capa é consequente de fenômenos
físico-químicos e biológicos com início há milhões de anos atrás. Tem como função
absorver grande parte da radiação emitida pelo sol e aquela emitida ou refletida pela
Terra. E dessa forma a atmosfera atua como reguladora da temperatura no planeta
Terra. (LISBOA, 2007; VIEIRA, 2009).
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A atmosfera seca se constitui em percentuais de volume aproximados de 78%
de nitrogênio (N2), 20,9% de oxigênio (O2), 0,9% de argônio (Ar), 0,035% de dióxido
de carbono (CO2) e por outros muitos gases em concentrações pequenas. A
quantidade de vapor de água é variável, dependendo de fatores de localização,
clima e tempo, podendo chegar em regiões mais secas a 0,02% e, em regiões mais
úmidas, essa parcela pode chegar a 4% (MELO, 1996). A Tabela 1 apresenta a
composição da atmosfera seca em partes por milhão (ppm), representando o volume
e a massa de cada componente.
Tabela 1 – Composição da atmosfera seca
Componentes gasosos Composição mg/L (vol) Composição ppm (massa)
Nitrogênio 780.900,00 755.100,00
Oxigênio 209.500,00 231.500,00
Argônio 9.300,00 12.800,00
Dióxido de carbono 300,00 460,00
Neônio 18,00 12,50
Hélio 5,20 0,72
Metano 2,20 1,20
Criptônio 1,00 2,90
Óxido nitroso 1,00 1,50
Hidrogênio 0,50 0,03
Xenônio 0,08 0,36
Fonte: LISBOA (2007).
Segundo Lisboa (2007), a atmosfera é dividida em camadas, que são
delimitadas a partir das variações de pressão e temperatura, ocasionadas pelas
interações de seus componentes com as energias de entrada, oriundas do Sol,
energias de saída, energia terrestre, e a altitude. “A atmosfera está dividida em
quatro camadas aproximadamente homogêneas (a troposfera, estratosfera,
mesosfera e termosfera), separadas por três zonas de transição (tropopausa,
estratopausa e mesopausa)” (VAREJÃO-SILVA, 2006). Na Figura 1 podem ser
vistas as camadas e as zonas de transição da atmosfera com as variações de
temperatura e pressão conforme o aumento da altitude.
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Figura 1 – Divisão da atmosfera em camadas
Fonte: Varejão-Silva (2006).
Varejão-Silva (2006) comenta que a troposfera é a camada mais importante,
pois nela se concentram três quartos da massa total da atmosfera e do vapor de
água, o que gera uma ligação direta dessa zona com os fenômenos meteorológicos
e contaminantes atmosféricos. De acordo com Vieira (2009), 99% do ar atmosférico
é encontrado nos primeiros trinta quilômetros de altitude, sendo que metade deste
está nos primeiros cinco quilômetros. Ambientalmente, as principais camadas da
atmosfera são a troposfera e a estratosfera.
2.1.1 Importância do ar
Entende-se que o ar é uma mistura gasosa de suma importância para a vida
do ser humano, principalmente devido aos processos que ocorrem no interior das
células, transformando os alimentos em energia, através das reações com o
oxigênio contido no ar inspirado. Também é importante no processo de respiração,
onde o ar inalado passa através das vias respiratórias, sofrendo algumas
modificações na proporção de seus elementos básicos. Ocorre uma mistura deste ar
com uma parcela de dióxido de carbono através de um processo de umidificação. A
corrente sanguínea absorve o oxigênio e o dióxido de carbono é liberado para a
atmosfera (BASTO, 2007).
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De acordo com Basto (2007), faz-se necessária uma parcela mínima de
19,5% de oxigênio (O2) no ar para que sua utilização seja favorável, sustentando a
não presença de componentes químicos que possam prejudicar a saúde humana. A
temperatura e a pressão também são importantes fatores para essa utilização
favorável do ar respirado. Ainda deve-se levar em conta a presença de compostos
orgânicos, microrganismos, poeiras e outros elementos que possam ser encontrados
em suspensão na atmosfera, juntamente ao vapor de água e os gases.
A Tabela 2 mostra os possíveis efeitos que a variação da concentração do
oxigênio no ar pode causar no organismo humano.
Tabela 2 – Efeitos da concentração de O2
% volume de O2 Efeitos fisiológicos
20,9 Concentração Normal.
19,5 Concentração mínima recomendável.
19 – 16 Início de sonolência.
12 – 10 Falta de raciocínio, má coordenação muscular, o esforço muscular leva à fadiga, que pode causar danos permanentes ao coração.
10 -6 Náusea, vômito, incapacidade para movimentos vigorosos inconsciência seguida por morte.
< 6 Respiração espasmática, movimentos convulsivos e morte em minutos.
Fonte: Basto (2007).
2.1.2 Poluentes atmosféricos
O Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), através da Resolução
003/90, define poluentes atmosféricos como:
[...] qualquer forma de matéria ou energia com intensidade e em quantidade, concentração, tempo ou características em desacordo com os níveis estabelecidos, e que tornem ou possam tornar o ar: I - impróprio, nocivo ou ofensivo à saúde; II - inconveniente ao bem-estar público; III - danoso aos materiais, à fauna e flora. IV - prejudicial à segurança, ao uso e gozo da propriedade e às atividades normais da comunidade (CONAMA, 2008).
Segundo Cavalcanti (2010), os poluentes causam danos à composição
química da atmosfera gerando perigo ou dano ao bem estar dos seres vivos, à
sociedade e ao meio ambiente, podendo ou não representar efeitos negativos no
âmbito financeiro ou às condições de conforto ambiental.
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Na forma de matéria, os poluentes atmosféricos se enquadram, em relação
ao seu estado físico, em: material particulado, que são partículas sólidas ou líquidas
emitidas por fontes poluidoras do ar ou formadas na atmosfera, como poeiras,
fumos, fumaças e névoas; e gases e vapores, que são poluentes na forma
molecular, seja como gases permanentes - monóxido de carbono, dióxido de
enxofre, ozônio, óxidos de nitrogênio -, ou em sua forma transitória de vapor -
vapores orgânicos em geral (CAVALCANTI, 2010).
Algumas definições se fazem importantes para a melhor compreensão sobre
os poluentes atmosféricos. Segundo Lisboa (2007), poeiras são partículas sólidas
geradas através de manipulação, esmagamento, trituração, impacto rápido, explosão
e desintegração de substâncias orgânicas ou inorgânicas, podendo ser rochas,
minérios, metais, madeira ou cereais. Partículas de poeira não possuem tendência à
floculação, não se difundem no ar, mas sedimentam devido à ação da força
gravitacional. Os fumos são partículas sólidas oriundas da condensação ou
sublimação de gases, ocorrendo depois da volatilização de metais fundidos
acompanhada de reação como a oxidação. Os fumos, ao contrário das poeiras, têm
tendência à floculação. As névoas são gotículas líquidas em suspensão, geradas
através da condensação de gases (LISBOA, 2007).
Lisboa (2007) ainda comenta que as substâncias em estado gasoso podem
ser subdivididas em gases verdadeiros e vapores, sendo que vapor é a forma
gasosa de substâncias normalmente sólidas ou líquidas, podendo retornar a estes
estados seja por aumento de pressão, seja por redução na temperatura. Os gases
são fluídos sem forma específica, ocupam o espaço que os armazena e só alteram
seu estado físico sob a combinação do aumento de pressão e da diminuição de
temperatura. Difusíveis, os gases não se aglomeram nem sedimentam.
Permanecem, na sua divisão ao nível molecular, intimamente misturados com o ar,
sem se separarem por si mesmos (LISBOA, 2007).
Aerossóis são partículas em suspensão no ar, em forma sólida ou líquida. Os
aerossóis auxiliam no resfriamento da superfície terrestre, devido à produção do
espalhamento e reflexão da luz solar que incide no planeta. Por fim, catalisador é
uma substância que aumenta a velocidade de uma reação química sem ser
consumido no processo e sem alterar a composição final da reação.
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Devido à frequência mais alta de ocorrência, ou mesmo pelos efeitos
adversos ao meio ambiente, a determinação da qualidade do ar se restringe a um
grupo de poluentes, vistos como indicadores mais abrangentes da qualidade do ar.
Esse grupo é composto por: dióxido de enxofre (SO2), partículas totais em
suspensão (PTS), partículas inaláveis (PI), monóxido de carbono (CO), ozônio (O3),
hidrocarbonetos totais (HC) e óxidos de nitrogênio (NOx).
O dióxido de enxofre (SO2) é emitido na queima de combustíveis
fósseis. Esse poluente pode ser oxidado na atmosfera, formando o
ácido sulfúrico (H2SO4), considerado por Cavalcanti (2010) como o
aerossol ácido mais irritante para o trato respiratório. Em altas
concentrações, o SO2 pode causar irritação no sistema respiratório e
problemas cardiovasculares, ainda, possui papel importante na
formação da chuva ácida (CETESB, 2013).
Materiais particulados são um conjunto de poluentes constituídos de
poeiras, fumaças e todo o tipo de material sólido e líquido que se
mantém suspenso na atmosfera devido a seu tamanho bastante
reduzido. Resultantes de atividades industriais, da queima incompleta
de combustíveis e de seus aditivos, e do desgaste de pneus e freios,
das queimadas, da poeira depositada nas ruas e de obras viárias ou
que movimentam terra, areia (CETESB, 2013).
Partículas inaláveis (PI) podem ser definidas, de maneira simples,
como todas aquelas com tamanho menor que 10 μm. Caracterizam-se
por adentrar as vias respiratórias e, ao instalarem-se nos pulmões,
reduzem a capacidade respiratória. Essas partículas são emitidas
queima combustíveis, processos industriais, a formação de aerossóis
secundários e a ressuspensão de poeira do solo (CETESB, 2013;
CAVALCANTI, 2010).
O Monóxido de Carbono (CO) se origina da queima incompleta de
qualquer combustível carbonáceo e é encontrado em concentrações
mais consideráveis nas cidades, onde os veículos têm grande
influência nas concentrações altas deste poluente. O monóxido de
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carbono é um gás incolor, inodoro, tóxico e ligeiramente mais leve que
o ar. Em decorrência da maior afinidade, em relação a O2, com a
hemoglobina do sangue, o CO, em altas concentrações, prejudica a
oxigenação do sangue no organismo (CETESB, 2013; CAVALCANTI,
2010).
Os óxidos de nitrogênio (NO e NO2) são formados a partir de
processos de combustão. Assim como ocorre com o CO, os veículos
são os principais responsáveis pela emissão desses poluentes. O NO
(monóxido de nitrogênio), sob a ação da luz solar se transforma em
NO2 (dióxido de nitrogênio) e tem papel importante na formação do
ozônio (O3). Devido à sua baixa solubilidade, o NO2 é capaz de
penetrar profundamente no sistema respiratório, podendo originar as
nitrosaminas, compostos que podem causar câncer. O NO2 pode
causar, ainda, fortes irritações (CETESB, 2013).
O ozônio (O3) não é um poluente emitido de forma direta por alguma
fonte, denominado como poluente secundário. Ele é formado na
atmosfera a partir de percursores químicos tais como os compostos
orgânicos voláteis (COV), aldeídos e dióxido de nitrogênio, em
presença de luz solar. A presença de altas concentrações de ozônio
pode ocorrer a distâncias significativas das fontes de emissão dos
compostos capazes de gerá-lo. Ozônio na atmosfera pode reduzir a
capacidade pulmonar, causar irritação nos olhos, envelhecimento
precoce e corrosão de tecidos e materiais de construção. Os asmáticos
estão entre os grupos mais suscetíveis aos efeitos do O3 (BRAGA;
PEREIRA; SALDIVA, 2002).
2.2 Ventos
O vento é um fator meteorológico importante para o estudo das dispersões
dos poluentes atmosféricos. As informações de direção, intensidade e frequência
dos ventos pode auxiliar na determinação de regiões influenciadas por emissões de
poluentes (LISBOA, 2007). Os ventos possibilitam estudos relacionados a conforto
térmico, através da ventilação de ambientes. (ANDREASI e VERSAGE, 2007).
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Tomasini (2011) comenta que os ventos consistem na movimentação
horizontal do ar, resultante das diferenças de pressão atmosférica entre dois locais.
Fatores térmicos e/ou mecânicos promovem essas diferenças, assim, locais com
mais energia radiante causam a chamada ascensão do ar, formando os centros de
baixa pressão. Locais com temperaturas mais baixas geram a estagnação do ar
próximo à superfície, formando os centros de alta pressão. Mendonça e Danni-
Oliveira (2009) explicam que existe uma variação vertical da pressão do ar, sendo
que, a cada 275 metros de ascensão, ocorre uma diminuição na fração de 1/30 no
valor dessa pressão.
O ar ascendente gera uma espécie de vazio devido à ascendência dessa
massa de ar aquecido, esse espaço é preenchido pela massa de ar oriunda das
regiões de alta pressão, originando uma movimentação horizontal do ar até o
estabelecimento de um equilíbrio barométrico. Assim, o ar tem a tendência de se
deslocar das áreas de alta pressão para as áreas de baixa pressão. (MARIN;
ASSAD; PILAU, 2008).
Informações como velocidade e direção do vento são importantes para
caracterizá-lo e melhor estudá-lo.
A velocidade é controlada pelo gradiente de pressão formado entre dois
ambientes. Quanto maior esse gradiente, mais velocidade terá o vento. A partir
disso, o ar apresenta convergência em regiões de baixa pressão e divergência nas
regiões de alta pressão. O gradiente criado nas áreas em que o ar chega por
ascensão (ascendência do ar aquecido e, consequentemente, menos denso) e sai
por subsidência (ar descendente, mais denso, trazido de níveis mais elevados por
ações gravitacionais) é contrário ao gradiente de superfície, criando uma espécie de
célula de circulação (MENDONÇA; DANNI-OLIVEIRA, 2009).
A Figura 2 apresenta um esquema dessa circulação.
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Figura 2 – Esquematização da circulação convergente e divergente do ar
Fonte: Mendonça e Danni-Oliveira (2009).
Quanto à direção, por carregarem características de umidade e temperatura
de seu local de origem, os ventos são denominados a partir da direção do local de
procedência. As siglas na Figura 3 sugerem as direções: norte (N), norte-nordeste
(NNE), nordeste (NE), este-nordeste (ENE), leste (E), este-sudeste (ESE), sudeste
(SE), sul-sudeste (SSE), sul (S), sul-sudoeste (SSO), sudoeste (SO), oeste-sudeste
(OSO), oeste (O), oeste-noroeste (ONO), noroeste (NO), norte-noroeste (NNO)
(MENDONÇA; DANNI-OLIVEIRA, 2009). As nomenclaturas dos ventos são
indicadas pelas direções de procedência.
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Figura 3 – Principais direções dos ventos
Fonte: Mendonça e Danni-Oliveira (2009).
2.2.1 Importância do estudo dos ventos
Além de ser útil na prevenção de situações de riscos à comunidade e aos
ambientes, o estudo dos ventos é importante nas avaliações em projetos e estudos
nas áreas de arquitetura, engenharia, hidrologia, agricultura e meio ambiente
(TOMASINI, 2011).
Conforme Duarte et al. (1978), a caracterização dos ventos pode ajudar na
diminuição dos efeitos negativos causados pela liberação de poluentes atmosféricos
em áreas industriais. Tais informações são relevantes nas tomadas de decisões para
controle de emissões, por exemplo. Assim, há grande importância nos estudos de
intensidade e direção dos ventos quando vinculados às dinâmicas de dispersão de
poluentes atmosféricos.
O estudo dos ventos na agricultura está vinculado à utilização de defensivos
agrícolas e suas aplicações, principalmente quando remete a assuntos como
propagação de doenças e polinização. Faz-se importante o conhecimento das
velocidades e direções predominantes para, por exemplo, influenciar positivamente
na transpiração e absorção de CO2 por parte das plantas, auxiliando em seu
crescimento. Outro exemplo trata da melhor utilização de proteções vegetais, na
função de quebra-ventos, a partir desses estudos (MUNHOZ; GARCIA, 2008).
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No campo da arquitetura e engenharia, o conhecimento das características do
vento permitem estudos da utilização da ventilação natural em ambientes. Segundo
Andreasi e Versage (2007), a ventilação pode proporcionar conforto térmico através
da velocidade do ar causando uma sensação de resfriamento.
2.2.2 Análise dos ventos no local de estudo
A cidade de Lajeado, no Rio Grande do Sul, é o principal local de interesse
em relação aos estudos dos ventos na presente pesquisa. Assim, segundo Tomasini
(2011), as direções predominantes anuais dos ventos no município, em um estudo
abrangendo os anos de 2003 a 2010, são as direções norte-noroeste (NNO), este-
sudeste (ESE) e norte-nordeste (NNE), com percentuais médios de 13,79%, 11,28%
e 11,03%, respectivamente. A Gráfico 1 apresenta as frequências anuais das
direções dos ventos, em uma média dos anos entre 2003 e 2010.
Gráfico 1 – Frequência média anual da velocidade do vento
Fonte: Adaptado pelo autor com base em Tomasini (2011).
De acordo com o Atlas Eólico do Rio Grande do Sul (2002), na região do
estado que compreende a cidade de Lajeado existe uma predominância histórica de
ventos de origem norte (N) e sudeste (SE) no decorrer do ano, o que se aproxima do
que é comentado por Tomasini (2011).
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Figura 4 – Direção predominante dos ventos
Fonte: Atlas Eólico do Rio Grande do Sul adaptado por Tomasini (2011).
Tomasini (2011) ainda comenta sobre as direções mensais mais frequentes
nos anos de análise. Os meses de janeiro, setembro, outubro, novembro e
dezembro apresentam predominância de ventos este-sudeste (ESE). Nos demais
meses há predominância de ventos norte-noroeste (NNO).
Em relação à velocidade dos ventos, a média anual é de 4,23 km/h,
observando-se uma grande amplitude entre os menores e os maiores valores de
velocidades médias mensais. No mês de dezembro, a velocidade média dos ventos
é a maior, 5,37 km/h. A menor velocidade média ocorre no mês de junho, 2,91 km/h
(TOMASINI, 2011).
2.3 Ventilação natural
A ventilação natural é definida como um deslocamento de ar através de uma
edificação. Conforme Frota e Schiffer (2006), a ventilação é responsável por causar
uma renovação do ar dentro de algum ambiente, podendo ter papel importante na
higienização e conforto térmico no interior desse espaço. Essa renovação pode
trazer a dissipação de calor e auxiliar na diminuição da concentração de agentes
físicos e químicos de poluição.
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Com a finalidade de obter um fluxo adequado de ar ao ambiente, devem ser
estudados o dimensionamento e o posicionamento das aberturas (FROTA;
SCHIFFER, 2006). O fluxo de ar que atravessa o ambiente está sujeito às diferenças
das pressões interna e externa do local construído, às resistências a passagem do
ar nas aberturas, às características locais do clima, às características de incidência
dos ventos e da forma da construção.
As variações de temperatura entre o ar interno e externo, e a força do vento
são as forças naturais capazes de movimentar o ar. Assim, a movimentação do ar
pode ser causada por essas forças de forma combinadas ou individuais, variando
também de acordo com as características do projeto, da localização e dos
fenômenos atmosféricos do local. Devido a isso, os resultados da ventilação natural
poderão variar em períodos de tempo diferentes. De acordo com Moraes (2006),
características como a localização, o arranjo e o controle das aberturas de ventilação
devem influenciar positivamente na qualidade da ventilação, o que complementa a
ideia de Mascaró (1991), quando comenta que a ventilação natural é dependente de
alguns critérios: orientação, forma e localização do ambiente construído,
características da construção, características de clima, áreas externas, necessidade
de entradas e saídas de ar e as características das aberturas.
A ventilação natural pode ser obtida basicamente através de duas maneiras, a
primeira, chamada de efeito chaminé, corresponde ao fluxo de ar gerado pelo
gradiente vertical de temperatura, quando o ar aquecido ocupa as partes superiores
do ambiente. Esse efeito é mais eficaz quanto maior a diferença de temperatura e a
distância entre as entradas e saídas de ar do ambiente. A velocidade da corrente de
ar gerada a partir desse efeito é relativamente baixa, consequentemente, não
acelera as trocas térmicas por convecção, isso torna o efeito chaminé pouco
eficiente como alternativa de conforto térmico (CUNHA, 2010).
A outra forma de obtenção da ventilação natural é aquela causada por efeito
do vento, que ocorre quando há variação de pressão nas aberturas. Essa ventilação
pode ser unilateral ou cruzada.
Na ventilação unilateral as aberturas são voltadas para a mesma orientação,
a captação e a remoção do ar são geralmente realizadas através da mesma
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abertura. Como nesse sistema não há uma abertura para exaustão do ar, existe uma
resistência à entrada e distribuição do vento, o que só ocorre quando a pressão
dinâmica que incide na abertura superar a pressão estática interna no ambiente. A
ventilação unilateral costuma apresentar baixo rendimento na renovação do ar e a
colaboração para o conforto térmico não são muito perceptíveis distanciando-se da
abertura (CUNHA, 2010).
A ventilação cruzada acontece quando as aberturas se encontram em
paredes distintas, de preferência em orientações contrárias. Quando as aberturas
estão voltadas para o meio externo, denomina-se ventilação cruzada direta. Se uma
das aberturas dá acesso a outro ambiente, denomina-se cruzada indireta. Quanto
maior o número de ambientes que o vento deve atravessar até chegar ao meio
externo novamente, maior será a perda de carga e a redução da intensidade do
escoamento. A diferença de pressão e o tamanho das aberturas são condicionantes
para a intensidade do fluxo de ar na ventilação cruzada (CUNHA, 2010).
Cunha (2010) comenta que a ventilação natural, através da renovação do ar,
é considerada uma das estratégias bioclimáticas mais comuns quando se leva em
conta a qualidade do ambiente em situações de clima quente e úmido. O autor ainda
aborda a renovação do ar como atividade recomendada para todos os climas, uma
vez que renovar o ar pode assegurar a higiene do ambiente e a boa saúde dos
indivíduos presentes no ambiente. A renovação do ar tem por objetivo a remoção e
gases, odores ou materiais particulados gerados através de atividades antrópicas ou
mesmo de máquinas e equipamentos localizados no ambiente. Dessa forma, além
de favorecer condições de conforto, pois resfria os indivíduos e a estrutura do
edifício, capta o ar do exterior do ambiente, tendo papel importante no auxílio da
melhoria da qualidade ambiental de edificações.
2.4 Qualidade do ar interior
Historicamente, a principal preocupação na construção de uma edificação era
proporcionar condições apropriadas para o desenvolvimento das atividades ao qual
este edifício foi designado. Por muito tempo, a preocupação dos profissionais
envolvidos no projeto de uma edificação era quase exclusivamente a estética e
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funcionalidade desta, não dando muita importância a aspectos ambientais e
energéticos pertinentes (BASTO, 2007).
Com o tempo e a evolução do conhecimento em relação ao ambiente interno
e externo do edifício, foram sendo adicionadas outras exigências aos requisitos
básicos. Questões relacionadas ao conforto começaram a receber mais atenção,
surgindo novos produtos e novas técnicas de construção, mantendo o objetivo de
garantir ambientes adequados aos ocupantes em suas atividades (CARMO;
PRADO, 1999).
O grau de automatização aumenta, juntamente com a tendência de manter os
ambientes cada vez mais fechados, tornando os ambientes dependentes de
sistemas forçados de ventilação e sistemas de ar condicionado. Segundo Basto
(2007), 80 a 90% o tempo das atividades dos trabalhadores é, atualmente, realizada
em ambientes fechados, tornando o condicionamento do ar uma alternativa
recorrente para a plena ambientação de homens e máquinas nestes ambientes. O
autor ainda afirma que é de conhecimento comum que os equipamentos de
ventilação e de ar-condicionado consomem grande quantidade de energia. Mesmo
com os avanços tecnológicos e a sofisticação dos sistemas de ventilação e
climatização, mantém-se como principais preocupações a temperatura e a umidade,
deixando outros parâmetros de qualidade do ar interior (QAI) dos edifícios de lado
(CARMO; PRADO, 1999).
Pensando em qualidade do ar interior, deve-se mencionar o insuflamento de
ar, que é a inserção de ar para o ambiente, tendo como principal papel baixar a
concentração de CO2 presente no ambiente e os odores, através da diluição destes.
Visando a redução do consumo energético, tem-se uma diminuição nas taxas de
infiltração de ar externo e também nas taxas de renovação e a vazão ar, causadas,
principalmente, devido aos processos de impermeabilização e climatização desses
ambientes internos. Para manter a salubridade de um ambiente interno, é indicada
uma taxa de ar insuflado estimada em 27 m3/h para cada ocupante. Em alguns
ambientes, devido ao isolamento do espaço, problemas nos sistemas de ventilação
ou outros motivos, essa taxa se reduz até 8 m3/h, tornando a diluição e remoção dos
contaminantes deficiente (BASTO, 2007).
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Essa redução, além de tornar os sistemas de ventilação e climatização
superdimensionados, por terem sido dimensionados para atender o insuflamento
recomendado, produz uma distribuição heterogênea de ar no ambiente. Como
resultado percebe-se o aparecimento de bolsões de ar estagnado, favoráveis ao
surgimento de sintomas prejudiciais aos ocupantes. Nesse cenário, os dutos e
canalizações desses ambientes, assim como os aparelhos condicionadores de ar,
apresentam-se como um excelente habitat para formação de diversas colônias de
fungos e bactérias (BASTO, 2007).
Segundo Ceccato (2012), considerando a QAI, para projetar um ambiente
saudável, os projetistas precisam conhecer em quais situações as decisões tomadas
podem influenciar o ar do ambiente interno. A Organização Mundial de Saúde (OMS)
considera que muitos dos poluentes químicos e biológicos causadores da chamada
síndrome do edifício doente (SED) são encontrados em materiais de construção e
decoração utilizados atualmente.
A SED tem como sintomas mais comuns nos ocupantes do ambiente a
irritação e obstrução nasal, desidratação e irritação da pele, irritação na garganta e
nas membranas dos olhos, dor de cabeça, cansaço generalizado causando perda do
poder de concentração. Os sintomas comumente desaparecem quando o indivíduo
afetado permanece fora do ambiente doente por um período de tempo longo
(GIODA; AQUINO NETO, 2003b).
Batista (2008) comenta que é de conhecimento da comunidade científica que
poluentes como o monóxido de carbono, o dióxido de carbono, a amônia, o óxido de
enxofre, os óxidos de nitrogênio, a nicotina, os compostos orgânicos voláteis (COV)
e material particulado, são os responsáveis primários pela deterioração da qualidade
do ar interior nos ambientes. São substâncias bastante comuns e frequentemente
encontradas em materiais de construção, produtos para acabamento, em produtos
químicos usados para limpeza e pintura, são resultados do próprio metabolismo
humano e das próprias atividades cotidianas.
Carpetes são considerados ótimos locais para a proliferação de
microrganismos, que ali se instalarem, podendo atuar como fontes secundárias,
absorvendo compostos orgânicos voláteis e particulados, e, por fim, os liberando.
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Umidade relativa, ruídos e iluminação podem contribuir com os sintomas de SED
(BATISTA, 2008). Até mesmo os ocupantes do ambiente, devido às suas próprias
atividades metabólicas, podem alterar as condições de qualidade do ar interior
reduzindo a concentração de oxigênio e aumentando a concentração de dióxido de
carbono. Ainda podem ser gerados odores através da respiração, transpiração ou
mesmo a preparação de alimentos, alterando a qualidade do ambiente interior
(BASTO, 2007).
2.5 Fatores que interferem na qualidade do ar interior
2.5.1 Fatores Microbiológicos
Nos contaminantes biológicos enquadram-se os fungos, as bactérias, as
leveduras, os grãos de pólen, os ácaros, entre outros. São conhecidos por serem
causadores de doenças infecciosas e causarem hipersensibilidade. Podem
apresentar grande grau de toxidade, gerando efeitos desagradáveis (BASTO, 2007).
A contaminação microbiológica pode gerar sérios problemas em relação ao ar
interno, pois vários são os fatores que podem acarretar o crescimento e a liberação
desses contaminantes no ar interior. Por exemplo, ventilação ineficiente, alta
umidade, a tendência da construção de edifícios selados e sistemas de climatização
podem ser fontes de crescimento e distribuição de microrganismos. Sendo que, a
alta umidade relativa do ar caracteriza-se como um dos mais marcantes, devido à
necessidade de superfícies úmidas para o aumento das populações de ácaros e o
crescimento de fungos (CARMO; PRADO, 1999).
Devido a algumas infecções em hospitais nos anos cinquenta, iniciou-se uma
preocupação relacionada à avaliação microbiológica em edifícios. Essas infecções
estavam associadas à propagação de fungos, bactérias e vírus pelo sistema de
ventilação. Relatos advindos da Europa e da América do Norte faziam ligações de
certas doenças com as condições ambientais dos edifícios, uma vez que os
ocupantes apresentavam sintomas como febre, problemas respiratórios, tosse, dores
musculares e mal-estar (CARMO; PRADO, 1999).
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Os agentes biológicos no ar interno podem causar três tipos básicos de
doenças humanas. A primeira delas são as infecções, causadas pela invasão de
microrganismos nos tecidos humanos (resfriado comum, tuberculose). A segunda é
a hipersensibilidade, gerada devido a uma ativação particular do sistema
imunológico. A última remete a toxidade, que ocorre quando as toxinas produzidas
pelos agentes biológicos provocam efeitos diretos (EPA, 2008).
Basto (2007) comenta que a Legionella pneumophila é um dos principais
contaminantes biológicos que se relaciona com os equipamentos de climatização.
Essa bactéria é causadora de um tipo de pneumonia conhecida como a doença dos
legionários. A bactéria se desenvolve em meios com alta umidade, podendo ser
águas estagnadas, aparelhos umidificadores, bandejas de condensação e torres de
refrigeração, sendo que são insufladas no ar por meio das tubulações e são
posteriormente inaladas sob forma de aerossóis.
2.5.2 Fatores Químicos
Uma série de poluentes encontrados no ar de ambientes internos se origina
no próprio ambiente. Esses poluentes podem ser oriundos de tintas, tapetes,
produtos de limpeza, computadores e o próprio indivíduo que utiliza o ambiente, que
é responsável por produz CO2 através de sua respiração. O mesmo gás pode ser
emitido por aquecedores, fogões e outros equipamentos que realizem combustão.
Em ambientes onde não há proibição ao ato de fumar, as características do ar no
ambiente podem ser bastante prejudicadas devido aos mais de 4000 compostos
químicos presentes no cigarro (BASTO, 2007). A seguir, apresentam-se os principais
contaminantes químicos interiores:
2.5.2.1 Monóxido de carbono (CO)
É produzido a partir da combustão de matérias que contém carbono em sua
composição e em locais com nível insuficiente de oxigênio. Ocorrem em fogões,
aquecedores de água e aparelhos de aquecimento. Ainda, aparecem na fumaça de
cigarros e nas emissões de veículos, uma vez que as tomadas de ar para ventilação
ou climatização estejam localizadas próximas às fontes de emissão (BASTO, 2007).
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2.5.2.2 Dióxido de carbono (CO2)
Produzido através de combustão de combustíveis fósseis e processos
metabólicos, é responsável pelo controle da frequência de respiração dos seres
humanos. Exposição a altos níveis de CO2 ocasionam uma sensação de falta de ar,
aumentando a frequência respiratória em compensação. Em ambientes climatizados,
sua concentração está atrelada ao número de ocupantes, pois estes são fontes de
emissão, por meio do processo de respiração.
2.5.2.3 Óxido de nitrogênio (NO)
Resultado de combustões a alta temperatura, como queima de combustíveis
de veículos, este gás adentra os ambientes internos pelo meio dos sistemas de
captação de ar externo, se esses estiverem colocados no nível da rua. Produz
efeitos semelhantes aos efeitos do CO nos seres humanos, interferindo no
transporte de oxigênio para os tecidos. Pode causar edema pulmonar se a
exposição for a grandes concentrações (BASTO, 2007).
2.5.2.4 Dióxido de nitrogênio (NO2)
Nos ambientes internos é produzido a partir da queima de combustíveis
orgânicos em fogões a gás e aquecedores, além de fumaça de cigarro. Atua como
substância irritante, afetando os olhos, pele e a mucosa do nariz. Em altas
concentrações pode causar efeitos à garganta e ao trato respiratório. Pode aumentar
as chances de infecções respiratórias a partir da exposição a concentrações baixas
(BASTO, 2007).
2.5.2.5 Dióxido de enxofre (SO2)
Subproduto de combustão de combustíveis fósseis e compostos a base de
enxofre, apresentando cheiro característico em altas concentrações. Apresenta-se
bastante solúvel em água, sofrendo absorção pelas membranas do sistema
respiratório, produzindo ácido sulfúrico e sulfuroso. Por gerar produtos corrosivos,
acarreta danos aos ocupantes e aos equipamentos e móveis (BASTO, 2007)
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2.5.3 Compostos Orgânicos Voláteis
De acordo com Basto (2007), Compostos Orgânicos Voláteis (COV) são os
componentes químicos que possuem em sua constituição carbono e hidrogênio, e
têm tendência a volatizar em temperatura ambiente. No Quadro 1 são apresentados
os principais COV e suas fontes de liberação no ar interior.
Quadro 1 – Principais compostos orgânicos encontrados no ambiente interno
Composto Fontes de Emissão
Acetona Cosméticos
Álcoois Álcool de limpeza, agentes de limpeza
Aromáticos Tintas, adesivos, gasolina, combustão
Alifáticos Tintas, adesivos, gasolina, combustão
Benzeno Fumaça de cigarros, escapamento de veículos
Tetracloreto de carbono Fungicidas, inseticidas
Clorofórmio Produtos utilizados em lava roupas, produtos de limpeza
Diclorobenzeno Desodorantes de ambientes, naftalina
Formaldeído Madeira prensada
Cloreto de Metileno Solventes de tintas e tintas
Estireno Fumaça de cigarro
Tetracloretileno Roupas lavadas a seco
Tricloroetano Roupas lavadas a seco e aerossóis
Tricloroetileno Cosméticos, partes eletrônicas, bebidas, desodorizantes
Terpenos Perfumados, tecidos, fumaça de cigarros, alimentos, betume
Fonte: Reeve (1994) adaptado por Basto (2007).
Processos de combustão, emissões metabólicas de microrganismos são
exemplos de fontes de liberação de COV. Materiais de construção, acabamento,
decoração e de mobiliário permanecem liberando compostos nos ambientes por
períodos de tempo indefinidos. Como existe uma quantidade grande de fontes de
COV, determinar a detecção de uma fonte específica e uma concentração específica
do contaminante se torna muito difícil. Dessa forma, em algumas situações uma
fonte pequena pode promover baixas taxas de ar para diluição, porém a toxidade
pode ser elevada (BASTO, 2007).
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Carmo e Prado (1999) comentam que a identificação e a medida individual
dos compostos se torna uma atividade cara, que demanda muito tempo e, ainda
assim, os números totais obtidos serão subestimados devido à pequena
concentração.
Mesmo que as concentrações de cada COV encontrado nos ambientes
internos sejam, na grande maioria das vezes, significativamente menores que seus
limites de tolerância, afirma-se que a maioria dos COV provoca algum tipo de
reação, ainda que em baixa concentração (QUADROS; LISBOA, 2010).
Um composto pode interagir com outro em um processo chamado de sinergia
e, assim, fazer com que os efeitos à saúde sejam agravados. Em outras palavras, os
gases juntos oferecem um efeito mais grave que a soma dos efeitos dos gases
isoladamente. Devido ao incompleto conhecimento disponível em relação à toxidade
e o desconhecimento dos efeitos de suas misturas no ar, sugere-se uma redução
geral da exposição a esses compostos (CARMO; PRADO, 1999).
2.5.4 Materiais particulados
Os materiais particulados também são conhecidos como aerodispersoides, e,
em suspensão no ar, tem forte influência na qualidade do ar interior nos ambientes
(QUADROS; LISBOA, 2010).
Material particulado remete as substâncias geradas a partir de uma mistura
de componentes químicos e físicos suspensos no ar, como sólidos ou líquidos,
devido às pequenas dimensões ou alta temperatura. A formação se dá por meio do
atrito entre as partes móveis ou por ação de umidificadores. Atividades cotidianas
como varrer ou aspirar colaboram no movimento das partículas, colocando-as em
suspensão e em contato com o ar. Suas composições químicas são variáveis,
podendo conter compostos com fibras minerais, fibras sintéticas, esporos de fungos,
pólen, aerossóis de produtos de consumo, entre outros (BASTO, 2007).
De acordo com Quadros e Lisboa (2010), as principais fontes de emissão de
particulado para a atmosfera são os veículos automotores, as atividades industriais,
queima de biomassa, ressuspensão de poeira do solo, entre outros. São as formas
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mais visíveis de poluição, não exigindo equipamentos muito sofisticados para sua
detecção. As partículas possuem tamanhos que podem variar de 0,005 a 100 μm, e
podem causar prejuízos à saúde devido as menores partículas e seu acesso,
através das vias aéreas superiores, até os pulmões (BASTO, 2007)
2.5.5 Ventilação
Carmo e Prado (1999) explicam que a ventilação é uma combinação de
processos, resultando no fornecimento de ar externo e na remoção do ar viciado de
ambientes internos. Tais processos abrangem a entrada de ar externo,
condicionamento e mistura do ar em todas as partes do ambiente e, finalmente, a
retirada de uma parte do ar interno. A falha, ou comportamento inadequado, em
alguma etapa desse processo pode afetar negativamente a QAI.
A ventilação, seja ela natural ou mecânica, é considerada por Carmo e Prado
(1999) como a segunda maneira de maior efetividade para proporcionar boas
condições de ar no ambiente interno. Em primeiro lugar, estaria o controle dos
poluentes, porém o controle de todas as fontes, ou mesmo a mitigação de suas
emissões, nem sempre é possível.
2.5.6 Interferências externas
A interferência externa mais conhecida é aquela originária de descargas de
veículos automotores e de gases de chaminés industriais. Podem-se destacar gases
como CO, CO2, NO2, SO2, O3, vapores de chumbo e metais pesados. A
contaminação dos ambientes internos através desses elementos ocorre
principalmente devido às entradas de ar no nível do terreno ou próximas ao nível de
tráfego. Na Figura 5 pode-se visualizar a contaminação ocasionada por fatores
externos, ocasionada pela proximidade da captação do ar externo com fontes
poluidoras do ar atmosférico (BASTO, 2007).
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Figura 5 – Contaminação por fontes externas
Fonte: Basto (2007).
2.6 Legislações
Apesar de não haver uma conscientização da importância da QAI por boa
parte da população, as autoridades estão atentas a essas questões. Em 1996,
houve proibição do ato de fumar em ambientes fechados de uso coletivo por parte
do Governo Federal Brasileiro, o que demonstrou as primeiras preocupações com a
QAI. O Departamento de Aviação Civil, em preocupação com o bem estar dos
passageiros também proibiu o fumo nas aeronaves, independentemente do tempo
de voo. (GIODA; AQUINO NETO, 2003b).
Em 28 de agosto de 1998, o Ministério da Saúde publicou a Portaria 3.523
(Brasil, 1998), tendo como objetivo diminuir o risco à saúde de indivíduos que
permanecem longos períodos de tempo em ambientes com ar condicionado
(GIODA; AQUINO NETO, 2003b).
Como consequência a Portaria 3523 de 28 de agosto de 1998 do Ministério
da Saúde, foi publicada a Resolução 176 de 24 de outubro de 2000 pela Agência
Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA), possuindo orientações sobre os padrões
de qualidade do ar de interiores em ambientes climatizados artificialmente. Como
revisão à resolução 176/2000 houve a atualização para a Resolução - RE nº 9 de 16
de Janeiro de 2003 (BATISTA, 2008).
Gioda e Aquino Neto (2003a) consideram a Resolução - RE nº 9/2003 como
revolucionária para a época, pois traz definições dos parâmetros mínimos para uma
qualidade do ar de interiores aceitável. Concentração de CO2 e material particulado,
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temperatura, umidade relativa e velocidade do ar são abordados na resolução. Os
autores ainda completam expondo que os parâmetros mais complexos como COV e
aldeídos necessitam de melhores estudos para quantificar e estabelecer padrões da
sua influência sobre os ocupantes.
A Resolução - RE nº 9 de 2003 traz algumas definições importantes,
complementares às adotadas na Portaria GM/MS n.º 3.523/98:
a) aerodispersoides: sistema disperso, em um meio gasoso, composto de partículas sólidas e/ou líquidas. O mesmo que aerosol ou aerossol. b) ambiente aceitável: ambientes livres de contaminantes em concentrações potencialmente perigosas à saúde dos ocupantes ou que apresentem um mínimo de 80% dos ocupantes destes ambientes sem queixas ou sintomatologia de desconforto, c) ambientes climatizados: são os espaços fisicamente determinados e caracterizados por dimensões e instalações próprias, submetidos ao processo de climatização, através de equipamentos. d) ambiente de uso público e coletivo: espaço fisicamente determinado e aberto à utilização de muitas pessoas. e) ar condicionado: é o processo de tratamento do ar, destinado a manter os requerimentos de Qualidade do Ar Interior do espaço condicionado, controlando variáveis como a temperatura, umidade, velocidade, material particulado, partículas biológicas e teor de dióxido de carbono (CO2). f) Padrão Referencial de Qualidade do Ar Interior: marcador qualitativo e quantitativo de qualidade do ar ambiental interior, utilizado como sentinela para determinar a necessidade da busca das fontes poluentes ou das intervenções ambientais. g) Qualidade do Ar Ambiental Interior: Condição do ar ambiental de interior, resultante do processo de ocupação de um ambiente fechado com ou sem climatização artificial. h) Valor Máximo Recomendável: Valor limite recomendável que separa as condições de ausência e de presença do risco de agressão à saúde humana (ANVISA, 2003).
Essas definições complementam a Portaria 3523/98, que apresentava as
seguintes as definições:
a) ambientes climatizados: ambientes submetidos ao processo de climatização. b) ar de renovação: ar externo que é introduzido no ambiente climatizado. c) ar de retorno: ar que recircula no ambiente climatizado. d) boa qualidade do ar interno: conjunto de propriedades físicas, químicas e biológicas do ar que não apresentem agravos à saúde humana. e) climatização: conjunto de processos empregados para se obter por meio de equipamentos em recintos fechados, condições específicas de conforto e boa qualidade do ar, adequadas ao bem-estar dos ocupantes. f) filtro absoluto: filtro de classe A1 até A3. g) limpeza: procedimento de manutenção preventiva que consiste na remoção de sujidade dos componentes do sistema de climatização, para evitar a sua dispersão no ambiente interno. h) manutenção: atividades técnicas e administrativas destinadas a preservar as características de desempenho técnico dos componentes ou sistemas de climatização, garantindo as condições previstas neste Regulamento Técnico.
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i) Síndrome dos Edifícios Doentes: consiste no surgimento de sintomas que são comuns à população em geral, mas que, numa situação temporal, pode ser relacionado a um edifício em particular. Um incremento substancial na prevalência dos níveis dos sintomas, antes relacionados, proporciona a relação entre o edifício e seus ocupantes. (BRASIL, 1998).
Com base nessas definições, podem ser analisados os padrões para a
qualidade do ar interior.
2.6.1 Padrões de qualidade do ar interior
Segundo Basto (2007), no Brasil se adota como metodologia para controle e
padronização da QAI as resoluções e regulamentos técnicos da ANVISA, em
concordância com as normas técnicas da ABNT. A ANVISA (2003), através da RE
n° 9/2003, indica que os edifícios com características diferenciadas como
restaurantes, creches e serviço médico e de saúde devem ter suas amostragens
realizadas de forma isolada e com critérios diferenciados.
Como parâmetros fundamentais sugeridos para avaliação e definidos pelas
regulamentações, como a RE n° 9/2003 da ANVISA, são: Umidade relativa,
Temperatura e Velocidade do ar, Fungos, bolores e bactérias, Material particulado e
Dióxido de Carbono (CO2) (BASTO, 2007).
Outros parâmetros também podem fazer parte das análises, tornando-as mais
completas, apesar de não serem normalmente adotados. Os parâmetros
complementares são: ozônio (O3), monóxido de carbono (CO), compostos orgânicos
voláteis (COV), formaldeídos, dióxido de nitrogênio (NO2), compostos orgânicos
semi-voláteis (COS-V), avaliação do nível de satisfação dos usuários.
Baseado na Resolução RE n° 9 de 2003, recomenda-se os Padrões
Referenciais de Qualidade do Ar Interior, descritos na sequência, para ambientes
climatizados de uso público e coletivo.
2.6.1.1 Parâmetros microbiológicos
A resolução determina que o Valor Máximo Recomendável (VMR) para
contaminação microbiológica deve ser 750 ufc/m3 (unidades formadoras de colônias
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por metro cúbico) de fungos, levando em conta uma relação I/E 1,5. Nessa relação
“I” representa a quantidade de fungos no ambiente interior e “E” é a quantidade de
fungos no ambiente exterior. Como nota, a resolução traz que a relação I/E é
requerida como meio de avaliação perante o “conceito de normalidade, representado
pelo meio ambiente exterior e a tendência epidemiológica de amplificação dos
poluentes nos ambientes fechados”. Se o VMR for ultrapassado ou a relação I/E for
superior a 1,5, se faz necessário um diagnóstico de fontes poluentes para que possa
se intervir corretivamente. A presença de fungos patogênicos ou toxigênicos não é
aceitável (ANVISA, 2003).
2.6.1.2 Parâmetros químicos
Para contaminação química, o VMR para dióxido de carbono (CO2) é de 1000
ppm, agindo como indicador de renovação de ar externo. A ANVISA (2003)
aconselha a utilização desses parâmetros como indicadores de bem-estar e
conforto. Para aerodispersoides totais no ar o VMR é de 80 μg/m3, agindo como
indicador do grau de pureza do ar e higienização do ambiente climatizado.
2.6.1.3 Parâmetros físicos
Os parâmetros físicos a seguir são baseados no texto da Resolução - RE nº
9, de 16 de janeiro de 2003 da ANVISA.
a) Temperatura
Recomenda-se que a faixa de operação das temperaturas de bulbo seco, em
condições internas para verão, deverá variar de 23°C a 26°C. Excedem-se
ambientes de arte, onde a temperatura deverá estar entre 21°C e 23°C. A faixa
máxima de operação deverá variar de 26,5°C a 27°C. Nas áreas de acesso, a
temperatura de operação pode chegar até 28°C. No inverno, as condições internas
de operação tem faixa recomendável que deverá variar entre 20°C e 22°C.
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b) Umidade
Em relação à umidade relativa, a faixa recomendável de operação em
condições para verão, deverá estar entre 40% e 65%. Assim como os parâmetros de
temperatura, há exceção para ambientes de arte, que deverão atender percentuais
de umidade entre 40% e 55% durante todo o ano. As áreas de acesso poderão
operar em até 70% de umidade relativa. Para condições internas para inverno, a
faixa recomendável de operação deverá ser de 35% a 65%.
c) Velocidade do ar
A velocidade do ar tem como VMR de operação, no nível de 1,5 m do piso, na
região de influência da distribuição do ar é de 0,25 m/s.
d) Renovação do ar
A Taxa de Renovação do Ar adequada será, no mínimo, de 27 m3 a cada hora
por pessoa, excetuando-se ambientes com grande fluxo de pessoas, onde é
recomendado o mínimo de 17 m3 a cada hora por pessoa.
2.6.2 Métodos de análise recomendados pela RE nº9/2003
A resolução nº 9 apresenta quatro normas técnicas. As quais se recomenda a
adoção para fins de avaliação e controle do ar interior dos ambientes climatizados de
uso coletivo. As normas estão descritas a seguir:
2.6.2.1 Método de Amostragem e Análise de Bioaerosol em Ambientes
Interiores – Norma Técnica 1
Trata-se de um método analítico com objetivo de pesquisar, monitorar e fazer
um controle ambiental da possível colonização, multiplicação e disseminação de
fungos no ar interior do ambiente. Entende-se bioaerosol como a suspensão de
microrganismos (organismos viáveis) dispersos no ar. O marcador epidemiológico,
que é o elemento aplicável à pesquisa e que determina a qualidade do ar ambiental,
remete aos fungos viáveis. O método de amostragem se dá através de um
amostrador de ar por impactação com acelerador linear. (ANVISA, 2003).
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2.6.2.2 Método de Amostragem e Análise da Concentração de Dióxido de
Carbono em Ambientes Interiores – Norma Técnica 2
Esse método analítico tem por objetivo a pesquisa, o monitoramento e
controle do processo de renovação de ar em ambientes internos. O marcador
epidemiológico é o Dióxido de carbono (CO2). O método de amostragem utiliza um
equipamento de leitura direta.
2.6.2.3 Método de Determinação da Temperatura, Umidade e Velocidade do Ar
em Ambientes Interiores – Norma Técnica 3
Esse método analítico tem por objetivo a pesquisa, monitoramento e controle
do processo de climatização de ar em ambientes climatizados. Nesse método, os
marcadores são a temperatura do ar (°C), a umidade do ar (%) e a velocidade do ar
(m/s). O método de amostragem utiliza um equipamento de leitura direta através de
termo higrômetro e anemômetro.
2.6.2.4 Método de Amostragem e Análise de Concentração de
Aerodispersoides em Ambientes Interiores – Norma Técnica 4
Esse método analítico tem por objetivo a pesquisa, monitoramento e controle
aerodispersoides totais em ambientes interiores. Nesse método, o marcador sugere
a poeira total (μg/m3). O método de amostragem é a coleta de aerodispersoides por
filtração (MB-3422 da ABNT).
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3 MATERIAIS E MÉTODOS
Com a finalidade de avaliar as características do ar no interior de ambientes
em função das características de ventilação, o presente estudo utilizou quatro
protótipos de alvenaria de escala reduzida, simulando ambientes com diferentes
formulações de sistemas de ventilação. Para avaliação da QAI, análises e
monitoramentos dos parâmetros relevantes foram realizadas no interior dos
protótipos, a fim de permitir a caracterização física, química e microbiológica do ar
em cada um dos ambientes. Para fins de comparação, uma análise das condições
do ar interno em um ambiente climatizado artificialmente também se fez relevante.
3.1 Projeto e elaboração dos protótipos
Simulando ambientes com sistemas de ventilação natural, foram construídos
protótipos em alvenaria. Foram quatro protótipos com características diferentes,
conforme descritos a seguir. O local para a construção dos edifícios foi
disponibilizado pelo Centro Universitário UNIVATES e está localizado próximo ao
prédio 17 da instituição, conforme Figura 6. As plantas baixas e os cortes dos
projetos dos protótipos estão apresentados no Anexo A do presente documento. A
construção desses edifícios de escala reduzida foi idealizada e coordenada pelo
professor e arquiteto Rodrigo Spinelli, como parte integrante do programa de
Mestrado em Ambiente e Desenvolvimento do Centro Universitário UNIVATES.
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Figura 6 – Localização dos protótipos
Fonte: Google Earth adaptado pelo autor (2014).
3.1.1 Protótipo 1 – Sem sistema de distribuição de ventilação
Protótipo 1 foi o nome dado ao edifício em escala reduzida projetado sem
sistema de distribuição de ventilação. Esse edifício possui área útil de 3,37 m² e
volume de ar de 8,1 m³, sendo as medidas internas de 1,82 m por 1,86 m. Na parede
mais baixa, há uma abertura para captação de ar fresco. A Figura 7 apresenta a
planta baixa e o corte vertical do edifício referente ao protótipo 1.
Figura 7 – Projeto do protótipo 1
Fonte: Do autor (2014).
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3.1.2 Protótipo 2 – Distribuição de ventilação por efeito chaminé
O protótipo 2 possui uma distribuição de ventilação por efeito chaminé, nesse
caso, o ar adentra o ambiente pela abertura inferior, atravessa o edifício e sai pela
abertura superior na parede oposta.
Esse edifício possui área útil de 3,37 m² e volume de ar de 9,2 m³, com
medidas internas de 1,82 m por 1,86 m. O pé direito na parede mais baixa, onde
está a abertura inferior, possui 2,29 m. Na parede oposta existe uma elevação,
formando uma chaminé de 3,48 m de altura, onde está posicionada a saída superior
do ar.
A Figura 8 mostra a planta baixa e um corte vertical do edifício denominado
como protótipo 2. Também se pode perceber o fluxo de ar que percorre o edifício.
Figura 8 – Projeto do protótipo 2
Fonte: Do autor (2014).
3.1.3 Protótipo 3 – Distribuição de ventilação por efeito torre de vento
O protótipo 3 foi projetado com distribuição de ventilação por efeito torre de
vento, onde o ar acessa o ambiente através das aberturas superiores e é canalizado
por uma torre até os níveis mais baixos do edifício. Esse fluxo adentra a sala
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principal por uma abertura inferior, atravessa o ambiente e sai por uma abertura
mais elevada na parede oposta.
A sala principal do edifício possui área útil de 3,37 m² e volume de ar de 8,1
m³, com medidas de 1,82 m por 1,86 m. Adjunto, encontra-se uma torre com
medidas de 0,51 m por 1,86 m e 3,6 m de altura.
Na Figura 9 é possível visualizar a planta baixa e um corte vertical do
protótipo 3. Ainda, podem-se ver as direções do fluxo de ar que percorrem o edifício.
Figura 9 – Projeto do protótipo 3
Fonte: Do autor (2014).
3.1.4 Protótipo 4 – Distribuição de ventilação por efeito torre de vento com
aspersão de água
O protótipo 4 segue o mesmo modelo de construção do protótipo 3,
diferenciando apenas que na distribuição de ventilação por efeito torre de vento foi
adicionado um sistema de aspersão de água. Essa aspersão é feita através de uma
tubulação de Policloreto de Vinila (PVC) instalada logo abaixo da entrada de ar da
torre.
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Na Figura 10 está apresentada a planta baixa e um corte vertical do edifício
denominado como protótipo 4, onde pode-se ver a localização das saídas para
aspersão de água.
Figura 10 – Projeto do protótipo 4
Fonte: Do autor (2014).
3.1.5 Considerações quanto à posição e orientação dos protótipos
Ressalta-se que todas as aberturas dos sistemas de ventilação dos quatro
protótipos possuem as medidas de 1 m de largura e 0,5 m de altura, localizadas nas
faces norte e sul dos protótipos.
A orientação das aberturas está relacionada à maior frequência anual de
ventos originários dessas direções, conforme estudos de Tomasini (2011) e do Atlas
Eólico do Rio Grande do Sul (2002), analisados no referencial teórico do presente
estudo.
Outro fator determinante é topografia e posição do terreno, que permite a
construção com orientação das aberturas nas faces norte e sul dos protótipos, sem
que um edifício cause efeito na ventilação do outro.
A posição dos edifícios no terreno está no Anexo B desse documento.
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3.1.6 Construção dos protótipos
A construção dos protótipos de alvenaria com sistemas de circulação da
ventilação teve início no final do mês de abril de 2014, com a preparação para
construção da fundação, conforme a Figura 11, abaixo.
Figura 11 – Início da construção dos protótipos
Fonte: Do autor (2014).
A construção seguiu até o início do mês de setembro, quando a alvenaria foi
finalizada, como apresentado na Figura 12:
Figura 12 – Finalização das alvenarias
Fonte: Do autor (2014).
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A partir da finalização das etapas de alvenaria, foram instaladas grelhas de
madeira em todas as aberturas dos protótipos. Essas estruturas permitem a
passagem de ar, controlando a entrada de água e outros materiais indesejados. A
Figura 13 apresenta uma das grelhas instaladas nos protótipos.
Figura 13 – Grelha de madeira instalada
Fonte: Do autor (2014).
No protótipo 4 (Distribuição de ventilação por efeito torre de vento com
aspersão de água), foi instalado um sistema de aspersão de água. A distribuição de
água foi feita através de uma mangueira conectada ao encanamento instalado,
conforme Figura 14. Também é possível ver o aspersor utilizado.
Figura 14 – Sistema de aspersão de água do protótipo 4
Fonte: Do autor (2014).
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Em meados de outubro os protótipos foram finalizados, possibilitando o
levantamento de dados e análises das condições de ar em seus interiores. A Figura
15 apresenta os protótipos finalizados.
Figura 15 – Construção dos protótipos finalizada; (a) protótipo 1; (b) protótipo 2; (c)
protótipo 3; (d) protótipo 4
Fonte: Do autor (2014).
3.2 Ambiente climatizado artificialmente
O ambiente com climatização artificial utilizado para esse estudo foi uma sala
de aula do Centro Universitário UNIVATES. Trata-se de um ambiente com medidas
internas de 6 metros de largura e 8 metros de comprimento, e altura de 3 metros.
Possui sistema de ar condicionado do tipo split acionado manualmente e com
controles de temperatura. O sistema possui filtros, que são higienizados em
intervalos de 6 meses.
3.3 Ferramentas para levantamento de dados
Foram duas as formas de obtenção das informações pertinentes à avaliação
da qualidade do ar interior: monitoramentos e amostragens.
a
b
c
d
BD
U –
Bib
liote
ca D
igita
l da
UN
IVAT
ES
(htt
p://w
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vate
s.br/
bdu)
52
Os monitoramentos são métodos contínuos de análise, que utilizam
equipamentos automáticos e, muitas vezes, complexos. Esses equipamentos
analisam continuamente os parâmetros de interesse, sem ser necessário
acompanhamento ou análises posteriores. Já as amostragens são métodos que
exigem coletas e posteriores análises (FRONDIZI, 2008).
3.3.1 Monitoramentos
As atividades de monitoramento foram responsáveis pela coleta das
informações relacionadas ao clima, tempo e parâmetros físicos dos ambientes, como
temperatura e umidade.
Para obter dados de temperatura, umidade relativa, pressão atmosférica e
velocidade dos ventos do meio externo, nas proximidades dos protótipos, foi
instalada uma estação meteorológica compacta Instrutemp ITWH-1080, que
forneceu informações em tempo real em painel de controle conectado remotamente
(Figura 16). Os dados foram registrados em intervalos de 30 minutos.
Figura 16 – Estação meteorológica Instrutemp ITWH-1080, instalada próximo aos
protótipos, e seu painel de controle
Fonte: Do autor (2014).
Foram instalados, em cada um dos protótipos e no ambiente externo,
sensores Pt-100 (sensor de termo resistência, capaz de registrar a temperatura de
exposição) conectados a um datalogger da empresa Novus, que armazenou
informações de temperatura a cada 30 minutos (Figura 17).
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Figura 17 – Sensores Pt-100 conectados a um Dattalogger
Fonte: Do autor (2014).
3.3.2 Amostragens
Foram realizadas análises por amostragem direta, para caracterização física e
química do ar interior, e análises laboratoriais, para caracterização microbiológica.
Para análise por amostragem direta foram utilizados dois equipamentos: O
Portable AIQ Meter 4in1 modelo 77597, da marca Instrutemp, e o sensor de gases
GasAlertMicroClip XT, da marca BW Technologies.
O Portable AIQ Meter 4in1 modelo 77597 (Figura 18) funciona como um
termo higrômetro, capaz de coletar informações de umidade relativa e temperatura
do ambiente através de seu sensor. O aparelho ainda determina as concentrações
de CO e CO2 no ambiente por meio de um sensor baseado em absorção de luz,
enviando e recebendo comprimentos de onda específicos para análise do gás.
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Figura 18 – Portable AIQ Meter 4in1 modelo 77597
Fonte: Do autor (2014).
O GasAlertMicroClip XT (Figura 19) realiza as leituras dos gases através de
detector de fotoionização, que oferece precisão e velocidade na detecção. O
equipamento capta a amostra através de seus sensores frontais, enviando este
material para um compartimento de análise, expondo-o à luz ultravioleta, que resulta
em íons e podem ser coletados e mensurados.
Figura 19 – GasAlertMicroClip XT
Fonte: Do autor (2014).
As características microbiológicas foram obtidas a partir de coletas nos locais
de estudo e análises em laboratório, conforme descrito a seguir.
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3.4 Métodos de análise
A Resolução RE n° 9/2003 da ANVISA utiliza como parâmetros fundamentais
sugeridos para avaliação a umidade relativa, a temperatura e velocidade do ar,
fungos, bolores e bactérias, material particulado e dióxido de carbono (CO2).
Com base nessas informações, o presente estudo analisou os parâmetros:
fungos, temperatura, umidade relativa, CO, CO2, H2S e o percentual de O2.
3.4.1 Fungos
A análise de fungos foi realizada a partir do método de amostragem e análise
de bioaerosol em ambientes interiores (Norma Técnica 1 da RE nº 9/2003). Este
método mede o controle ambiental da possível colonização, multiplicação e
disseminação de fungos no ar interior do ambiente.
A legislação em questão sugere a utilização de um amostrador por
impactação, porém, foi utilizado um método de amostragem passiva, que realizou as
coletas por sedimentação de microrganismos do ar em placas de Petri por 15
minutos, usando o meio de cultura Ágar Sabouraud.
A preparação do meio de cultura foi realizada no dia 23 de outubro de 2014
no Laboratório Didático de Microbiologia do Centro Universitário UNIVATES. Um
número de 20 placas de Petri (90x15mm) foram preparadas e colocadas em
incubação por 5 dias para checagem de uma possível contaminação e aparecimento
de colônias de fungos. Ao final desse período, 3 placas apresentaram o surgimento
de colônias de fungos e foram descartadas. As 17 placas restantes sem
contaminação foram utilizadas para realização das amostragens. Esse procedimento
de incubação das placas ainda sem exposição garantiu que todas as colônias
constatadas nas placas após os procedimentos amostrais foram formadas por
contaminação originada nos ambientes de estudo.
As coletas exigiram a seleção de amostras de ar exterior e interior. Definiu-se
o número de amostras de ar interior com base na área construída e nas
recomendações da resolução, sendo que, para ambientes com área construída de
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até 1000 m², a necessidade é de realização de 1 (uma) amostra. Para aumentar a
confiabilidade, foram realizadas coletas em triplicata para os quatro protótipos e para
o ambiente com climatização artificial, e em duplicata para o ambiente externo. As
amostragens foram realizadas no dia 28 de outubro de 2014, com início às 9 horas
da manhã. Foram executadas a uma altura de 1,5 m do piso, no centro de cada um
dos ambientes estudados.
Posteriormente, as placas foram levadas novamente ao laboratório para
entrarem no período de incubação em uma incubadora microbiológica. O tempo de
incubação das placas foi de 7 dias, a uma temperatura de 25°C, permitindo o total
crescimento dos fungos. As placas foram retiradas da incubação no dia 04 de
novembro e as contagens das colônias foram realizadas com o auxílio de um
contador de colônias. A contagem foi realizada em cada placa e registrada
manualmente.
3.4.2 Monóxido e Dióxido de Carbono
A verificação de CO e CO2 foi baseada no método de amostragem e análise
da concentração de dióxido de carbono em ambientes interiores (Norma Técnica 2
da RE nº 9/2003), e tem como objetivo o monitoramento e controle do processo de
renovação de ar em ambientes internos. Esse método utiliza equipamento de leitura
direta.
De acordo com resolução n° 9 de 2003 (ANVISA, 2003), tendo por base a
área construída inferior a 1000 m², realizou-se 1 (uma) amostra do ar interior. As
coletas foram executadas a uma altura de 1,5 m do piso, no centro do ambiente.
Foram coletadas informações do ar no interior de cada um dos protótipos em
três períodos do dia (9:00 às 10:00, 17:00 às 18:00 e 22:00 às 23:00), durante 7
dias. (20, 22, 23, 27, 28, 29 e 30 de outubro), com intenção de levantar dados em
diferentes situações meteorológicas.
No presente estudo, foi utilizado o equipamento Portable AIQ Meter 4in1
modelo 77597. Esse aparelho foi exposto ao ar interior de cada ambiente por 5
minutos e as medições foram registradas em planilhas. Para evitar a variação dos
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dados ao mover o equipamento para o ambiente externo, foi usada a função Hold,
que memoriza na tela as informações do momento em que a função foi ativada.
3.4.3 Temperatura e umidade relativa
Essas análises serão baseadas no método de determinação da temperatura,
umidade e velocidade do ar em ambientes interiores (Norma Técnica 3 da RE nº
9/2003), diferenciando-se apenas em relação à não análise da velocidade do vento
nos ambientes.
Esse método de amostragem utiliza um equipamento de leitura direta através
de termo higrômetro. No presente estudo, será utilizado o equipamento Portable AIQ
Meter 4in1 modelo 77597. Os métodos de amostragem foram os mesmos utilizados
no levantamento de dados para CO e CO2, seguindo os mesmos horários e datas, e
também utilizando a função Hold do equipamento.
As temperaturas internas e umidades relativas dos protótipos ainda foram
monitoradas através de sensores automáticos que realizaram coletas contínuas,
conforme descrito anteriormente. Essas ferramentas de monitoramento funcionaram
por um período bastante amplo, porém serão utilizados os dados referentes ao
período entre os dias 20 e 30 de outubro de 2014.
3.4.4 Percentual de oxigênio e sulfeto de hidrogênio
O percentual de oxigênio (O2) e o sulfeto de hidrogênio (H2S) foram análises
complementares que se deram através do equipamento GasAlertMicroClip XT por
leitura direta. Os métodos de amostragem seguiram os mesmos padrões de datas e
horários dos levantamentos realizados com o equipamento Portable AIQ Meter 4in1
modelo 77597, porém, por se tratar de um equipamento com leitura instantânea e
informações menos suscetíveis a variações, os registros foram realizados no
momento da exposição, sem remover o equipamento do ambiente em análise.
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4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Nesta seção, são apresentadas as informações obtidas através dos métodos
de levantamento de dados utilizados no presente estudo Ainda, uma discussão
sobre os dados levantados e uma avaliação da QAI para cada um dos ambientes
estudados.
4.1 Parâmetros do ambiente externo
Os dados das condições externas foram levantados através da estação
meteorológica compacta. Essas informações se fazem necessárias para
interpretação da influência das condições do ar exterior sobre o ar interior dos
protótipos estudados.
As informações de interesse sobre as condições externas abrangem o
período entre os dias 20 e 30 de outubro de 2014, período da realização das
amostragens diretas e coletas.
4.1.1 Temperatura externa
Percebe-se uma tendência ascendente nas temperaturas nesse período
amostral. Tanto as mínimas quanto as máximas temperaturas diárias se elevam, até
uma queda no último dia de amostragem.
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A temperatura mínima do período foi registrada no dia 21 de outubro (13,1°C),
e a máxima foi registrada no dia 28 de outubro (40,6°C). Informações que revelam
uma grande amplitude térmica nesses dias.
4.1.2 Umidade relativa do ar externa
O Gráfico 2 apresenta as informações da umidade no período. Não houve
precipitação nos dias amostrados, os picos de umidade ocorreram no período da
noite.
Gráfico 2 – Variação da umidade relativa do ar
Fonte: Do autor (2014).
As medidas amostradas indicam que os valores de umidade seguem um
padrão normal, com altos valores à noite e redução à tarde. Em um dos dias, a
umidade baixou até níveis próximos dos 20%. Porém, a umidade média do período
foi de 76%.
4.1.3 Ventos
A direção predominante dos ventos está ilustrada no Gráfico 3.
20
30
40
50
60
70
80
90
100
00:2320/10
00:2321/10
00:2322/10
01:2423/10
01:2424/10
01:2425/10
01:2426/10
01:2427/10
01:2428/10
01:2429/10
01:2530/10
Um
ida
de r
ela
tiva d
o a
r (%
)
Data
BD
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Gráfico 3 – Direção de predominância dos ventos no período amostral
Fonte: Do autor (2014).
Com base nos dados fornecidos pela estação meteorológica, pode-se
perceber que os ventos predominantes no período das análises (20 a 30 de outubro)
são os ventos de origem sul (S) e nordeste (NE).
A velocidade média dos ventos no período foi de 1,02 m/s. O registro de
maior velocidade dos ventos ocorreu no dia 23 de outubro, com valor de 5,4 m/s.
4.2 Temperatura interna
Os dados de temperatura interna dos protótipos, obtidos através dos
monitoramentos com os sensores Pt-100 e datalogger, estão apresentados no
Gráfico 4 (também apresentado no Apêndice B). Esse equipamento registrou 529
amostras de temperatura nos quatro protótipos em intervalos de 30 minutos. Devido
à grande quantidade de dados, esses foram apresentados em forma gráfica
representando os 11 dias de realização das amostras.
É possível constatar uma variação bastante grande nas temperaturas no
decorrer dos dias. Inicialmente, as temperaturas mínimas chegavam a ser inferiores
a 15°C nos protótipos. Nos últimos dias, as máximas ultrapassavam a faixa dos
30°C.
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%N
NNE
NE
ENE
E
ESE
SE
SSE
S
SSO
SO
OSO
O
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NO
NNO
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Gráfico 4 – Temperaturas nos protótipos e ambiente externo
Fonte: Do autor (2014).
Analisando o gráfico, percebe-se que, nos momentos de maior radiação solar,
as temperaturas internas são geralmente mais elevadas no Protótipo 1,
possivelmente devido à ausência de circulação da ventilação nesse ambiente.
Porém, nos dias mais quentes analisados (27, 28 e 29 de outubro) o Protótipo 2
apresentou as mais altas temperaturas. Supõe-se que isso ocorra devido a uma
maior interferência da temperatura externa, pois as duas aberturas desse protótipo
estão expostas diretamente ao ambiente interno. Essa exposição não ocorre nos
protótipos 3 e 4, que possuem uma torre de vento isolada da sala principal.
Justamente os protótipos 3 e 4 que apresentam as temperaturas máximas
menos elevadas em comparação aos demais protótipos, em qualquer condição de
clima. Nota-se ainda, que existem variações bastante pontuais na temperatura do
protótipo 4 em alguns dias, como 23 e 27 de outubro, por volta das 18 horas. É
possível explicar essas oscilações levando em conta o momento de ativação da
aspersão de água, que ocorria sempre 20 minutos antes das amostragens diretas.
Um desses períodos era, justamente, entre às 17:00 e 18:00. A umidificação do ar
nesse protótipo pode ter causado essas variações na temperatura interna.
Nos períodos de temperatura mais baixa, madrugada, o comportamento da
temperatura é bastante semelhante nos protótipos 2, 3 e 4, e o protótipo 1 se
mantém tendo o ambiente com as temperaturas mais elevadas.
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
45,0
Te
mp
era
tura
(°C
)
Data
Protótipo 1
Protótipo 2
Protótipo 3
Protótipo 4
Externo
BD
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Em relação às médias de temperatura, o protótipo 1 apresenta a mais alta
(23,5°C), seguido pelo protótipo 2 (23°C) e protótipo 3 (22,1°C). O protótipo 4
apresentou a temperatura média mais baixa (21,9°C).
Relacionando com a temperatura externa, percebe-se qual dos protótipos tem
temperaturas mais influenciadas pelas condições externas.
Nota-se que todos os protótipos amenizam um pouco as condições externas,
porém, confirma-se que os protótipos 1 e 2 sofrem aumentos em suas temperaturas
internas quando o ambiente externo possui temperaturas mais elevadas. A
temperatura do ar no protótipo 4 chegou a marcar valores com 10°C a menos que
temperatura externa. O protótipo 3 também teve bons rendimentos na amenização
da temperatura exterior.
Para o ambiente climatizado artificialmente, a temperatura foi controlada pelo
sistema de condicionamento de ar. Nas análises realizadas nesse local, a
temperatura programada foi de 24°C e, as amostras revelaram uma oscilação
máxima de 1°C, para mais ou para menos, durante os 5 minutos de exposição.
4.2.1 Avaliação do parâmetro em relação a RE nº09 ANVISA
A Resolução RE nº09/2003 da ANVISA, sugere que os ambientes
climatizados artificialmente devem operar em temperaturas entre 23°C e 26°C. Para
avaliação dos ambientes estudados, foram utilizadas as 529 amostras de
temperatura em cada um dos protótipos utilizadas no gráfico anterior. Cada um dos
dados foi comparado com os limites da legislação em questão e considerado
apropriado ou não apropriado.
Os resultados da avaliação estão na Tabela 3. Na primeira coluna apresenta-
se o ambiente analisado; na segunda, o total de amostras de temperatura do ar
interior; na terceira, a quantidade de amostras com valores dentro dos limites da
legislação; e, na quarta coluna, o percentual de amostras apropriadas.
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Tabela 3 – Avaliação do parâmetro temperatura interna nos protótipos
Ambiente Total de amostras Amostras apropriadas Percentual
Protótipo 1 529 121 22,87
Protótipo 2 529 116 21,93
Protótipo 3 529 107 20,23
Protótipo 4 529 104 19,66
Fonte: Do autor (2014).
A avaliação mostra que, apesar das maiores temperaturas, o protótipo 1
atende mais vezes os limites de temperatura sugeridos pela legislação que os
demais protótipos. São 22,87% de dados considerados apropriados. Isso ocorre pois
nos momentos de temperatura mais baixa, esse protótipo mantém-se mais quente.
Outra análise foi realizada, desta vez não levando em conta o limite mínimo
imposto pela resolução, assim, todos os registros que atendem o valor máximo de
temperatura sugerido (26°C) são considerados apropriados. Os resultados dessa
nova avaliação estão apresentados na Tabela 4.
Tabela 4 – Avaliação da temperatura desconsiderando o limite mínimo
Ambiente Total de amostras Amostras apropriadas Percentual
Protótipo 1 529 382 72,21
Protótipo 2 529 407 76,94
Protótipo 3 529 433 81,85
Protótipo 4 529 442 83,55
Fonte: Do autor (2014).
Dessa vez, o protótipo 4 aparece como o que atende mais vezes atende os
limites máximos de temperatura, com 83,55% das amostras consideradas
apropriadas.
4.3 Umidade relativa do ar interior
As coletas foram realizadas conforme a metodologia descrita. Os resultados
estão representados no Gráfico 5.
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Gráfico 5 – Dados de umidade relativa do ar no interior de cada um dos protótipos
Fonte: Do autor (2014).
Nota-se que as umidades mais elevadas são as medidas no protótipo 4. Em
nenhuma das amostras do protótipo 4 a umidade relativa do ar foi menor que 50%.
Outra constatação relevante é que as umidades nos protótipos 2 e 3 são
semelhantes em algumas análises, com ligeira elevação nas umidades do protótipo
3. O protótipo 1 apresentou muitas variações, em algumas análises sua umidade
relativa foi a menor, enquanto em outras, teve valores somente abaixo dos valores
do protótipo 4.
Para o ambiente climatizado artificialmente, a umidade relativa do ar
apresentou uma média de 50%.
4.3.1 Avaliação do parâmetro em relação a RE nº09 ANVISA
A Resolução RE nº09/2003 da ANVISA, sugere que os ambientes
climatizados artificialmente devem operar com umidades relativas entre 40% e 65%.
Para avaliação dos ambientes estudados, foram utilizadas 17 amostras de umidade
relativa (%) em cada um dos protótipos. Cada um dos dados foi comparado com os
limites da legislação em questão e considerado apropriado ou não apropriado.
A Tabela 5 apresenta a avaliação da umidade relativa no interior dos
protótipos levando em consideração os limites estipulados na resolução. A primeira
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Um
idad
e R
ela
tiva
(%
)
Amostras
Protótio 1
Protótio 2
Protótio 3
Protótio 4
BD
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coluna traz os ambientes de estudo; a segunda, a umidades relativas médias,
calculada a partir da média dos valores amostrados; a terceira indica o percentual de
amostras que atendem os limites da legislação; a terceira coluna expressa um
percentual de amostras que excedem o limite máximo aceitável; e, por fim, a quarta
coluna mostra o percentual de amostras que não atingiram o limite mínimo exigido.
Tabela 5 – Avaliação do parâmetro umidade relativa no interior dos protótipos
Ambiente Umidade relativa
média (%) Amostras
apropriadas (%)
Amostras acima do limite máximo
(%)
Amostras abaixo do limite mínimo
(%)
Protótipo 1 68,1 41,18 52,94 5,88
Protótipo 2 67,1 29,41 64,71 5,88
Protótipo 3 69,4 41,18 58,82 0,00
Protótipo 4 78,7 17,65 82,35 0,00
Fonte: Do autor (2014).
Com essas informações, percebe-se que os protótipos 1 e 3 são os que mais
vezes atenderam os valores limites da resolução, com 41,18% de amostras
consideradas apropriadas. O protótipo 4, devido a seu sistema de umidificação do
fluxo de ar com aspersores de água, excedeu os limites máximos em 82,35% das
amostras. Foram mínimas as ocorrências de amostragens que não atingiram os
valores mínimos recomendados.
4.4 Dióxido de carbono
As informações acerca da presença de dióxido de carbono no ar interior dos
protótipos foram obtidas através de amostragem direta com o equipamento Portable
AIQ Meter 4in1. Os dados coletados estão apresentados no Gráfico 6.
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Gráfico 6 – Dados da presença de CO2 no ar interior dos protótipos
Fonte: Do autor (2014).
Percebe-se que os dados são muito semelhantes em todos os protótipos.
Com valores ligeiramente mais elevados para os protótipos 1 e 4. Isso pode ser
explicado devido a não existência de sistema de circulação no protótipo 1. Já no
protótipo 4, que possui o mesmo tipo de circulação que o protótipo 3, uma possível
explicação é que o excesso de umidade, devido aos aspersores de água, pode ter
diminuído a capacidade de renovação do ar nesse ambiente.
A Tabela 6 apresenta os dados amostrados. Na primeira e na segunda coluna
apresentam-se, respectivamente, as datas e períodos do dia em que foram
realizadas as coletas. As demais colunas apresentam os valores para cada um dos
quatro protótipos.
Percebe-se que, no período da tarde, a presença de CO2 é menor no interior
dos protótipos. Em contrapartida, à noite, as amostras revelam um teor maior desse
composto presente no ar interior. Para o ambiente climatizado artificialmente, os
dados de presença de CO2 gerou uma média de 490 mg.L-1.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Pre
sen
ça d
e C
O2 (m
g.L
-1)
Amostras
Protótipo 1
Protótipo 2
Protótipo 3
Protótipo 4
BD
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Tabela 6 – Dados das análises de CO2 em ppm no ar interior dos protótipos
Data Período Protótipo 1 Protótipo 2 Protótipo 3 Protótipo 4
20/10/2014 09:00 - 10:00 479 476 510 500
20/10/2014 17:00 - 18:00 442 477 464 456
20/10/2014 22:00 - 23:00 534 480 474 503
22/10/2014 09:00 - 10:00 520 488 488 494
22/10/2014 22:00 - 23:00 489 482 488 517
23/10/2014 09:00 - 10:00 461 457 454 455
23/10/2014 17:00 - 18:00 456 434 435 439
23/10/2014 22:00 - 23:00 536 527 502 515
27/10/2014 09:00 - 10:00 488 462 464 465
27/10/2014 17:00 - 18:00 482 460 451 450
27/10/2014 22:00 - 23:00 526 516 506 512
28/10/2014 09:00 - 10:00 469 465 464 462
29/10/2014 09:00 - 10:00 484 485 484 478
29/10/2014 17:00 - 18:00 454 457 447 454
30/10/2014 09:00 - 10:00 484 489 485 498
30/10/2014 17:00 - 18:00 462 463 457 455
30/10/2014 22:00 - 23:00 549 525 519 522
Fonte: Do autor (2014).
4.4.1 Avaliação do parâmetro em relação a RE nº09 ANVISA
De acordo com a Resolução RE nº09/2003 da ANVISA, o VMR para dióxido
de carbono é de 1000 mg.L-1. Para avaliação dos ambientes estudados, foram
utilizadas 17 amostras diretas de presença de CO2 em cada um dos protótipos.
Todos os dados coletados atendem as exigências da resolução. Para fins de
comparação, a Tabela 7 apresenta os valores médios de monóxido de carbono das
amostragens direta executadas nos protótipos.
Tabela 7 – Valores médios de CO2 em mg.L-1 no ar interior dos protótipos
Protótipo 1 Protótipo 2 Protótipo 3 Protótipo 4
Média (09:00 - 10:00) 484 475 478 479
Média (17:00 - 18:00) 459 458 451 451
Média (22:00 - 23:00) 527 506 498 514
Média Geral 489 479 476 481
Fonte: Do autor (2014).
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O protótipo 1 apresenta a maior média dentre os protótipos. A menor
presença média de CO2 ocorreu no protótipo 3, seguido do protótipo 2. A média total
é de 481 mg.L-1 de CO2.
4.5 Fungos
Com a realização das coletas e contagem, notou-se a proliferação de colônias
em todas as placas expostas ao fluxo de ar, tanto nos protótipos quanto nos
ambientes controlados e externos.
Uma das placas amostradas no protótipo 2 não forneceu confiabilidade na
contagem das colônias, assim, para fins de análise, foi considerada como incontável
(N.D.). As demais placas apresentaram boas condições para contagem visual. Fotos
de todas as placas de Petri utilizadas nas coletas estão apresentadas no Apêndice B
deste documento.
Para obter a relação entre unidades formadora de colônias e o volume de ar
do ambiente (ufc/m³), utilizada na legislação base para comparação, o número de
colônias de cada placa de Petri foi dividido pela área da placa em metros quadrados
(0,00636 m²); esse resultado é, por sua vez, dividido pelo volume de ar do ambiente
estudado em metros cúbicos.
Na Tabela 8 a seguir, os dados necessários para obtenção dos valores de
ufc/m³ são relacionados e apresentados. A primeira coluna representa o ambiente
estudado, a segunda apresenta as amostras para cada ambiente, a terceira traz a
contagem de colônias para cada amostra, a quarta coluna apresenta a área da placa
em cada amostra, a quinta mostra o volume de cada um dos ambientes (quando
aplicável).
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Tabela 8 – Apresentação da quantidade de colônias contadas em cada placa de
Petri e o volume de ar dos protótipos, obtendo a relação de unidades formadoras de
colônia por metro cúbico de ar (ufc/m³)
Ambiente Amostra Contagem colônias
Volume do Ambiente
(m³)
Relação ufc/m³
Protótipo 1
1 35 8,1 679
2 37 8,1 718
3 39 8,1 757
Protótipo 2
1 39 9,2 667
2 44 9,2 752
3 N.D 9,2 N.D.
Protótipo 3
1 29 8,1 563
2 35 8,1 679
3 33 8,1 641
Protótipo 4
1 26 8,1 505
2 22 8,1 427
3 25 8,1 485
Ambiente climatizado artificialmente
1 16 144 17
2 14 144 15
3 17 144 19
Fonte: Do autor (2014).
No Gráfico 7 estão apresentados os valores de unidades formadoras de
colônia por metro cúbico de ar para cada amostra.
Gráfico 7 – Unidades formadoras de colônia em cada placa de Petri por m³ de ar
Fonte: Do autor (2014).
679 718
757
667
752
Incontável
563
679 641
505
427 485
17 15 19
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3
Prototipo 1 Protótipo 2 Protótipo 3 Protótipo 4 Controle
ufc
/m³
Ambiente
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Outra informação importante faz relação ao ambiente climatizado
artificialmente, onde os valores foram consideravelmente baixos devido ao maior
volume de ar nesse local e a utilização de filtros no fluxo de ar dos sistemas de ar
condicionado.
4.5.1 Avaliação do parâmetro em relação a RE nº09 ANVISA
A Resolução RE n° 9/2003 da ANVISA indica que o VMR para fungos é de
750 ufc/m³, sendo assim, em duas amostras esse valor foi excedido, sendo uma
amostra do protótipo 1 e outra do protótipo 2. Importante comentar que mesmo que
as análises do protótipo 2 tenham apresentado um número mais alto de colônias,
devido a presença de um maior volume de ar em seu interior, a relação ufc/m³ se
mostra inferior às do protótipo 1, por exemplo. Em nenhuma das demais amostras, o
VMR foi atingido.
Uma vez que as amostras foram realizadas em triplicata para os ambientes
internos, o uso da média das amostras pode ser empregado para novas análises. No
Gráfico 8, são apresentados os valores médios das amostras de fungos nos
ambientes internos.
Gráfico 8 – Valor médio das unidades formadoras de colônias em cada ambiente
Fonte: Do autor (2014).
718 709
641
485
14 0
750
Prototipo 1 Protótipo 2 Protótipo 3 Protótipo 4 Controle
ufc
/m³
Ambiente
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É possível constatar que, tendo como base as médias, todos os ambientes se
apresentam aptos de acordo com a legislação. Porém, os valores dos protótipos 1 e
2 se aproximam muito dos valores máximos permitidos.
4.6 Monóxido de carbono, oxigênio (%) e sulfeto de hidrogênio
Os parâmetros monóxido de carbono, percentual de oxigênio e sulfeto de
hidrogênio não apresentaram alterações no decorrer do período de estudo. O
percentual de oxigênio se manteve, em todas as amostragens, em 20,9%. O valor
não se alterou em nenhum dos protótipos e nem no ambiente externo. Isso pode
representar que não há acúmulos ou retenção de poluentes no interior dos
protótipos.
Não houve presença de CO ou H2S em nenhuma das amostragens do ar
interior ou exterior. Isso pode estar relacionado ao local de instalação dos protótipos
estar exposto a uma área bastante aberta, com boa circulação de ar.
Esse fato não é surpresa, uma vez que não há geração de CO nos
ambientes, que não é o caso dos protótipos vazios. O mesmo para o H2S, que seria
um produto de decomposição de compostos com enxofre em meio redutor.
4.7 Avaliação
Uma vez levantados os dados, analisadas as características das informações,
discutidas as possíveis relações entre elas e realizada uma avaliação dos
parâmetros de qualidade do ar interno estipulados pela legislação e aqui analisados,
podem ser feitas algumas considerações sobre o comportamento de cada um dos
ambientes estudados.
4.7.1 Protótipo 1
O protótipo 1 não possui sistema de circulação da ventilação, sendo assim,
era esperado que a qualidade do ar interior nesse ambiente fosse inferior.
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Após as análises, constatou-se que esse ambiente teve a maior média de
temperatura do ar interior entre os ambientes estudados. Apesar disso, foi o
protótipo que mais vezes atendeu as exigências da resolução RE nº9/2003 da
ANVISA com 22,87% de amostras apropriadas, ainda que esse seja um valor muito
baixo para tornar o ambiente apropriado. Em nova análise de temperatura,
considerando aceitáveis as amostras abaixo do limite da legislação, o protótipo 1
obteve o pior resultado.
Na avaliação da umidade relativa, o protótipo 1 obteve o melhor desempenho,
tendo 41,18% das amostras consideradas apropriadas pela legislação. Por ser um
ambiente mais isolado, em situação de alta umidade externa, as interferências para
esse parâmetro são menos percebidas nesse ambiente. A umidade relativa média foi
de 68,1%.
Em contrapartida, o desempenho no parâmetro microbiológico, fungos, esse
protótipo teve o pior desempenho. Apesar de sua média atender o limite máximo,
uma das amostras excede os 750 ufc/m³.
Por fim, dentre os ambientes estudados, o protótipo 1 foi o pior dos protótipos
nas análises de CO2, mostrando menor eficiência na dispersão de poluentes. A
média foi de 489 ppm. Apesar de todas as amostras atenderem a legislação, em
comparação com os demais ambientes, esse mostrou os piores resultados.
4.7.2 Protótipo 2
O protótipo 2 possui sistema de circulação da ventilação por efeito chaminé.
Uma avaliação desse tipo de ventilação natural pode ser realizada a partir dos dados
obtidos por esse estudo.
Em relação às temperaturas do ar interior, nesse protótipo teve a segunda
média mais alta com base nos dados monitorados. Em momentos de temperatura
externa mais elevada, esse ambiente apresentou as temperaturas mais altas entre
todos os demais ambientes. Como suas duas aberturas de circulação de ar estão
expostas diretamente ao ambiente externo, supõe-se que o protótipo 2 sofre mais
influência da temperatura externa em situações mais extremas.
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Relacionando os dados monitorados com a resolução RE nº9, esse ambiente
se coloca na segunda posição como os ambientes que mais atendem os limites da
resolução (21,93%). Em segunda avaliação, desconsiderando o limite mínimo, cai
uma posição, atendendo as recomendações da legislação em 76,94% das amostras.
A umidade relativa média no interior desse protótipo foi de 67,1%, a mais
baixa entre as médias dos protótipos. Porém, de acordo com a resolução, apenas
29,41% das amostras atendem as recomendações.
Todas as amostras de CO2 atenderam os padrões da legislação base. O valor
médio de presença de dióxido de carbono no ar interior do protótipo 2 foi de 479
ppm, segunda melhor média entre os protótipos.
Quanto aos parâmetros microbiológicos, os valores de unidades formadoras
de colônias por metro cúbico são bastante elevados, quase atingindo os limites
estipulados na RE nº9/2003.
4.7.3 Protótipo 3
Nesse protótipo, a circulação da ventilação ocorreu por meio de uma torre de
vento.
A temperatura interna nesse ambiente foi bastante amenizada, sendo que a
temperatura média (22,1°C) foi quase 1°C mais baixa que a temperatura média do
protótipo 2 (23°C). Nesse caso, pode-se comparar as duas estruturas de ventilação
natural, mostrando uma vantagem nos dias mais quentes para o protótipo 3.
Entretanto, na avaliação das amostras com a resolução RE nº9/2003 da ANVISA, os
20,23% de amostras apropriadas desse protótipo proporcionou resultados que só
superaram os do protótipo 4. Na segunda avaliação, desconsiderando o limite
mínimo, esse protótipo teve o segundo melhor rendimento, com 81,85% de amostras
apropriadas.
Em relação aos dados de umidade relativa, o ar no interior do protótipo 3
apresentou resultados médios mais altos que os dois primeiros protótipos (69,4%).
Com base na resolução, juntamente com o protótipo 1, 41,18% das amostras
atendem as recomendações.
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Apesar da proximidade dos resultados, esse protótipo teve o menor nível de
CO2 presente no ar interior entre os protótipos. A média das amostras apresentou
476 ppm. Isso demonstra uma boa renovação do ar.
Quanto às colônias de fungos, esse ambiente foi um pouco melhor que os
dois primeiros, mantendo o valor médio das amostras um pouco mais distante do
limite máximo tolerável pela resolução. Nenhuma das amostras ultrapassou esse
limite, ao contrário dos protótipos 1 e 2.
4.7.4 Protótipo 4
No protótipo 4, assim como no protótipo 3, a circulação da ventilação ocorreu
por meio de uma torre de vento. O que diferenciou um protótipo do outro foi a
aspersão de água existente no protótipo 4.
A temperatura interna nesse ambiente foi a mais amenizada entre os
protótipos, sendo que a temperatura média (21,9°C). Comparando com o protótipo 3,
de mesma estrutura de ventilação, percebe-se resultados semelhantes, porém em
situações mais extremas de temperatura, a umidificação do ar por aspersão se
mostra eficiente (notou-se a redução dos valores amostrados desse parâmetro nos
momentos de funcionamento do sistema de aspersão). No entanto, na avaliação das
amostras com a resolução RE nº9/2003 da ANVISA, o protótipo 4 teve a pior
avaliação, com apenas 19,66% de amostras apropriadas. Quando desconsiderado o
limite mínimo exigido pela resolução, avaliando apenas pela temperatura limite
máxima, esse protótipo teve o melhor rendimento, com 83,55% das amostras
consideradas apropriadas.
Em relação aos dados de umidade relativa, o ar no interior do protótipo 4
apresentou os resultados médios mais altos (78,70%). Com base na resolução, foi o
ambiente com pior desempenho na avaliação do parâmetro umidade, com apenas
17,65% das amostras consideradas apropriadas. Em algumas amostras, mesmo
durante o dia, a umidade atingiu o valor máximo possível.
O teor médio de CO2 presente no ar interior desse protótipo foi de 481 mg.L-1,
valor idêntico à média total das amostras para todos os protótipos.
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Quanto às colônias de fungos, esse ambiente mostrou menores valores para
unidades formadoras de colônias por metro cúbico, apesar de apresentar valores de
umidade muito elevados. Nenhuma das amostras ultrapassou esse limite
recomendado pela resolução e a média ficou em 485 ufc/m³.
4.7.5 Ambiente climatizado artificialmente
Esse ambiente foi analisado unicamente com a intenção de comparação. Por
estar em local distante dos protótipos, possuir maior controle de temperatura e
umidade, ter um volume de ar muito superior, e climatização artificial com filtros,
esse ambiente deve atender todas os parâmetros da RE n°9/2003 da ANVISA.
As temperaturas internas se mantiveram na faixa dos 24°C, atendendo a
legislação. A umidade atendeu a resolução, mostrando valor médio de 50%. Quanto
à presença de CO2, o ambiente apresentou uma média de 490 mg.L-1, um pouco
acima dos protótipos, mas dentro dos limites exigidos pela resolução. Por fim, o
parâmetro microbiológico apresentou níveis baixos de formação de colônia, muito
devido ao maior volume de ar presente nesse ambiente.
4.8 Parecer geral
As características gerais das informações mostram que os protótipos 1 e 2
não são capazes de atender os parâmetros de temperatura em situações em que
essas sejam elevadas, apresentando-se muito suscetíveis a influências externas. No
protótipo 1 ocorre a falta de renovação do ar e no protótipo 2 existe muita exposição,
devido à vulnerabilidade das aberturas. Os protótipos 3 e 4 tiveram melhores
resultados em situações extremas com altas temperaturas, e o aspersor do protótipo
4 possui eficiência na refrigeração do ambiente. Por outro lado, a umidade relativa
do ar no interior do protótipo 4 se torna muito elevada, o que, teoricamente, poderia
resultar em maior presença e fungos. Porém, o resultado foi bem contrário às
expectativas nesse parâmetro.
Quanto a contaminação microbiológica, os protótipos 1 e 2 mais uma vez se
mostraram com ventilações menos eficientes que os demais protótipos em relação à
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contaminação do ar por esses microrganismos. Os resultados para os protótipos 3 e
4 estão mais distantes do VMR, indicando uma melhor qualidade do ar interior.
Como todos os protótipos revelaram praticamente o mesmo teor de CO2
presente no ar interior, esse parâmetro não pode ser utilizado para comparações.
Utilizando a resolução RE n°9/2003 da ANVISA como única avaliação para a
QAI nos protótipos, é possível comparar os protótipos a partir do percentual de
amostras apropriadas, conforme a Tabela 9.
Tabela 9 – Comparativo entre os percentuais de amostras apropriadas para os parâmetros da qualidade do ar interior analisados nos protótipos
Protótipo 1 Protótipo 2 Protótipo 3 Protótipo 4
Temperatura 22,87 21,93 20,23 19,66
Umidade relativa 41,18 29,41 41,18 17,65
Dióxido de carbono 100,00 100,00 100,00 100,00
Fungos 66,67 50,00 100,00 100,00
Fonte: Do autor (2014)
O protótipo 3 apresenta a melhor qualidade do ar interior entre os protótipos,
uma vez que apresenta o melhor desempenho em três dos quatro parâmetros. O
protótipo 1 também é o melhor em três de quatro parâmetros. Uma comparação com
o ambiente climatizado de maneira controlada, com filtros adequados, é desigual,
principalmente com relação à temperatura e umidade. Contudo, com relação aos
demais parâmetros pode-se dizer que os protótipos não apresentam resultados tão
diferenciados com a vantagem do menor consumo energético. O protótipo 4
necessita do consumo de água, porém em pouca quantidade.
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5 CONCLUSÃO
Este documento apresentou o trabalho de conclusão realizado como um dos
requisitos para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Ambiental. As
principais contribuições foram a criação dos protótipos em escala reduzida que
simulam ambientes com sistemas de ventilação natural, e as análises da qualidade
do ar interior nesses locais.
Embora o bom senso já diga que um ambiente adequadamente ventilado seja
mais salutar, o estudo científico requer o estabelecimento de hipóteses,
planejamento e realização de ensaios e medições. Desta forma, através dos
protótipos e medições buscou-se avaliar as alternativas de ventilação que oferecem
maior qualidade do ar interior, levando em conta os parâmetros físicos, químicos e
biológicos mencionados ao longo deste estudo.
Os protótipos possuem características diferentes, portanto o desempenho
pode oscilar muito para cada um deles em relação a cada condição de clima. Como
a ventilação é natural, a influência das condições climáticas é muito importante.
Com as avaliações realizadas, o protótipo 3 apresentou bons resultados e
pode até ser considerado o mais eficiente, uma vez que foi clara a falta de
renovação do ar no protótipo 1, mais isolado. O protótipo 2 sofreu muita influência
externa. O protótipo 4 não teve bom desempenho no parâmetro umidade relativa.
Outra questão importante envolve os parâmetros da resolução RE n°9 de
2003 da ANVISA, que determina as condições recomendadas para ambiente com
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climatização artificial. Nesse estudo, essa resolução serviu de base para
comparação da qualidade do ar interior em ambientes com ventilação natural e, após
as análises, percebeu-se que nem sempre é possível basear-se somente nessa
norma para caracterizar os ambientes estudados.
Para estudos futuros, sugere-se um aprofundamento nas análises de cada
parâmetro, executando-as por um período de tempo maior, obtendo informações em
diferentes estações do ano e permitindo que as características de ar interior sejam
mais confiáveis. Outra possibilidade é a análise da direção e intensidade dos ventos
em relação às variações de teores de dióxido de carbono no ar. Ainda, se a
instalação de filtros permite melhorias na qualidade do ar interior desses ambientes.
Por fim, espera-se que este trabalho sirva de referência, salientando a
importância de levar em conta a qualidade do ar interior quando do planejamento de
novas edificações.
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MASCARÓ, L. R.. Energia na Edificação: Estratégia para minimizar seu consumo. 2 ed. São Paulo: Projeto, 1991.
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APÊNDICES
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APÊNDICE A - Equipamentos para monitoramento da qualidade do ar
EQUIPAMENTOS PARA MONITORAMENTO DA QUALIDADE DO AR
Sordi (2011) comenta que os equipamentos de medição de poluição do ar
podem ser divididos em quatro tipos, de acordo com a metodologia adotada.
Amostradores passivos, amostradores ativos, analisadores automáticos e sensores
remotos são os quatro tipos básicos de equipamentos.
Os amostradores passivos se compõem de um corpo cilíndrico com uma
extremidade aberta e outra fechada, para evitar transporte convectivo. A
extremidade aberta deve ser protegida a fim de minimizar a interferência de
partículas e difusão turbulenta. Próximo à extremidade fechada, localiza-se um filtro
com material absorvente, que retém o poluente devido à especificidade do filtro.
Posteriormente, a amostra é analisada em laboratório (SORDI, 2011).
Os amostradores ativos funcionam a partir de uma bomba que suga certo
volume de gás e o encaminha a um coletor químico, ou físico, por determinado
período de tempo. As amostras devem ser encaminhadas para um laboratório para
posterior análise e determinação das concentrações do poluente (SORDI, 2011).
Os analisadores automáticos podem fornecer informações com alta
frequência de tempo. Nesse tipo de equipamento, as amostras são analisadas por
métodos eletro-ópticos, como a fluorescência no ultravioleta, quimiluminescência,
absorção no infravermelho, absorção no ultravioleta, entre outros. Os dados obtidos
garantem alto grau de precisão, por outro lado, demandam de precisão na operação,
manutenção e controle de qualidade dos dados obtidos (SORDI, 2011).
Os sensores remotos são capazes de fornecer dados de concentração de
poluentes, através de técnicas de espectroscopia, mesmo sem contato direto com os
poluentes. Esses dispositivos têm a capacidade de detectar a radiação
eletromagnética emitida (ou refletida) por um composto, convertê-la em sinais
elétricos, e ainda pode armazenar e transmitir em tempo real as informações obtidas
(SORDI, 2011).
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As vantagens e desvantagens de cada um dos tipos de equipamentos de
medição da poluição do ar estão apresentadas no Quadro a seguir:
Quadro – Vantagens e desvantagens dos equipamentos de análise do ar
Equipamento Vantagens Desvantagens
Amostradores passivos
Custo muito baixo; operação muito simples; independe de energia elétrica; pode ser utilizado em grande número; útil para mapeamento espacial.
Inexistente para alguns poluentes, em geral, fornecem médias mensais ou semanais, trabalho intenso de desenvolvimento e análise, processamento lento de dados.
Amostradores ativos
Baixo custo, fácil operação, dados confiáveis, banco de dados histórico.
Fornecem médias diárias; trabalho intenso de coleta e análise em laboratório.
Analisadores automáticos
Alta eficiência, dados horários, informações online.
Complexos; alto custo, exigem especialização, alto custo de manutenção
Sensores remotos
Dados integrados espacialmente; útil para medições próximas à fonte; medidas multicomponentes.
Muito complexos e caros, difícil operar, calibrar e validar, não prontamente comparáveis com medidas pontuais interferência das condições atmosféricas.
Fonte: FRONDIZI, 2008
Uma forma alternativa para monitorar a qualidade do ar é a utilização de
bioindicadores. Para Carneiro (2004) o uso de bioindicadores é uma forma
experimental indireta para realizar a verificação da existência de poluentes numa
certa porção de ar. Utilizam-se organismos vivos, que reagem à exposição a
situações de estresse causadas por alterações nos ciclos vitais ou pelo acúmulo de
poluentes.
REFERÊNCIAS
FRONDIZI, Carlos Alberto. Monitoramento da qualidade do ar: teoria e prática. Rio de Janeiro: E-papers, 2008. SORDI, Diane. C. Diagnóstico de emissões veiculares no campus do Centro Universitário UNIVATES. Monografia de Bacharelado em Engenharia Ambiental, UNIVATES, Lajeado, RS, Brasil, 2013.
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APÊNDICE B – Erro! Fonte de referência não encontrada.
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APÊNDICE C – Memorial fotográfico da análise de fungos nos ambientes de estudo
Protótipo 1
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Protótipo 2
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Protótipo 3
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Protótipo 4
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Ambiente com climatização artificial
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Ambiente externo
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ANEXOS
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Anexo A – Corte e visualização dos sistemas de distribuição da ventilação
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