Normalização e Conversão de Concentrações de Poluentes Atmosféricos em Fontes do Processo Kraft

 

Como transformar resultados de medição em ppm ou mg/m³ para as condições de referência utilizadas na legislação ambiental

 

  Na indústria de celulose pelo processo kraft, o monitoramento das emissões atmosféricas envolve diferentes equipamentos, combustíveis, condições de operação e métodos analíticos.

  Por isso, um mesmo poluente pode apresentar valores diferentes dependendo da forma como a concentração foi medida e expressa. Um resultado em ppm, por exemplo, não pode ser comparado diretamente com um limite estabelecido em mg/Nm³, base seca e corrigido para determinado teor de oxigênio.

 

É justamente nesse ponto que entra a normalização das concentrações.

 

  A conversão adequada permite colocar os resultados de medição em uma mesma base de comparação, considerando temperatura, pressão, umidade e oxigênio de referência.

  Para as fontes do processo kraft, a Resolução CONAMA nº 382/2006, especialmente seu Anexo VII, estabelece limites de emissão para equipamentos como caldeiras de recuperação, fornos de cal e tanques de dissolução. A própria resolução determina que as concentrações sejam apresentadas, quando aplicável, em mg/Nm³, base seca e corrigidas para a condição referencial de oxigênio.

 

   Importante: a aplicação do limite correto depende também da condição da fonte. A Resolução CONAMA nº 382/2006 é direcionada às fontes cuja Licença de Instalação foi solicitada após sua publicação. Para fontes instaladas ou com pedido de Licença de Instalação anterior a 2 de janeiro de 2007, a referência federal específica é a Resolução CONAMA nº 436/2011. Além disso, o órgão ambiental licenciador pode estabelecer critérios ou limites mais restritivos.

 

 

1. Por que normalizar as concentrações?

 

  Imagine duas medições de SO2 realizadas em uma mesma chaminé.

  Na primeira, o gás está a 180 °C e contém 10% de vapor d'água. Na segunda, o resultado já foi convertido para 0 °C, base seca e 8% de O2.

  Mesmo que a quantidade real de poluente seja a mesma, os números apresentados podem ser bastante diferentes.

  Isso acontece porque a concentração em massa por volume depende das condições do gás.

  Para permitir uma comparação padronizada, a CONAMA 382/2006 define concentração como massa de poluente por normal metro cúbico (mg/Nm³), considerando condições normais de temperatura e pressão, base seca e, quando aplicável, a concentração de oxigênio de referência. A resolução define CNTP como 273 K (0 °C) e 1013 mbar (aproximadamente 1 atm).

 

  Assim, antes de comparar um resultado com um limite legal, é necessário verificar:

  • qual unidade foi utilizada na medição;

  • se a concentração está em base seca ou úmida;

  • temperatura da amostra;

  • pressão da amostra;

  • concentração de O2 medida;

  • concentração de O2 de referência exigida para aquela fonte;

  • qual poluente está sendo efetivamente reportado;

  • e qual metodologia analítica foi utilizada.

 

 

2. Qual é a referência normativa para o processo kraft?

 

  A Resolução CONAMA nº 382/2006 estabelece limites máximos de emissão para fontes fixas e dedica o Anexo VII aos processos de fabricação de celulose.

  Para fontes novas enquadradas na resolução, o Anexo VII estabelece os seguintes valores:

 

Equipamento	MP	ERT* como SO2	SOx como SO2	NOx como NO2
Caldeira de recuperação	100 mg/Nm³	15 mg/Nm³	100 mg/Nm³	470 mg/Nm³
Forno de cal	100 mg/Nm³	30 mg/Nm³	N.A.	470 mg/Nm³
Tanque de dissolução	0,1 kg/tSS	0,008 kg/tSS	N.A.	N.A.

* ERT – Enxofre Reduzido Total.

 

  Para os limites expressos em concentração, os resultados devem ser apresentados em mg/Nm³, base seca e corrigidos para 8% de O2, com exceção dos limites do tanque de dissolução.

  Um ponto importante é que ERT e SOx não são sinônimos de SO2 medido diretamente. A resolução define ERT como os compostos de enxofre reduzido considerados em conjunto e expressos como SO2, enquanto SOx corresponde à soma de SO2 e SO3, também expressa como SO2.

 

 

 

 

3. E as fontes existentes?

 

  Para fontes instaladas ou com pedido de Licença de Instalação anterior a 2 de janeiro de 2007, a referência federal específica é a Resolução CONAMA nº 436/2011. Ela complementa a 382/2006 e estabelece limites para fontes existentes.

 

  No Anexo VII da CONAMA 436/2011, por exemplo:

 

Equipamento	Condição	MP	ERT*	SOx	NOx
Caldeira de recuperação	≤ 2.000 tSS/d	240	15	100	470
Caldeira de recuperação	> 2.000 tSS/d	150	15	100	470
Forno de cal	Fontes existentes	180	30	N.A.	470

 

  Os valores de concentração são expressos em base seca e a 8% de O2, conforme especificado no Anexo VII.

  Portanto, não é suficiente saber que a planta é uma fábrica de celulose. Para identificar o limite aplicável, é necessário conhecer também a condição regulatória da fonte.

 

 

4. O que significa mg/Nm³?

 

  A unidade mg/Nm³ representa a massa do poluente em miligramas por normal metro cúbico de gás. O “N” indica que o volume foi convertido para condições normais de temperatura e pressão.Na prática, isso permite comparar resultados obtidos em diferentes condições operacionais.

 

  As condições normais utilizadas pela CONAMA 382/2006 são:

  • Temperatura: 273 K (0 °C)

  • Pressão: 1013 mbar

  • Base: seca

  • O2: conforme a referência estabelecida para a fonte, quando aplicável.

 

 

5. Conversão de ppm para mg/Nm³

 

  Quando a concentração está disponível em ppmv, a conversão para mg/Nm³ pode ser feita utilizando a relação entre a concentração volumétrica e a massa molar.

 

  A forma geral é:

C(mg/Nm³) = ppmv × PM / 22,4

 

  Onde:

  • C = concentração em mg/Nm³;

  • ppmv = concentração volumétrica do poluente;

  • PM = massa molar do poluente, em g/mol;

  • 22,4 = volume molar aproximado nas condições normais utilizadas no cálculo.

 

  Algumas massas molares utilizadas com frequência são:

 

Poluente	Massa molar (g/mol)
SO2	64
NO2	46
NO	30
CO	28

 

  A própria regulamentação apresenta, por exemplo, a relação entre ppmv e mg/Nm³ para SOx expresso como SO2.

 

  Exemplo para SO2

 

  Considerando uma concentração de:

  SO2 = 150 ppmv

 

  Temos:

  C = 150 × 64 / 22,4

  C = 428,6 mg/Nm³

 

  Esse valor representa a concentração em condições normais, porém ainda é necessário verificar a base úmida ou seca e a correção para O2, quando aplicável.

 

 

 

 

6. Correção para temperatura e pressão

 

  Quando a concentração é fornecida em mg/m³ nas condições reais da chaminé, é necessário convertê-la para as condições normais.

 

  A relação pode ser expressa como:

Cn = C × (P/Pn) × (Tn/T)

 

  Onde:

  • Cn = concentração nas condições normais;

  • C = concentração medida;

  • P = pressão absoluta na condição de medição;

  • Pn = pressão normal, aproximadamente 101,325 kPa;

  • T = temperatura absoluta do gás, em K;

  • Tn = temperatura normal, 273 K.

 

  A temperatura deve sempre ser convertida para Kelvin:

T(K) = T(°C) + 273,15

 

 Um cuidado importante

 

  Essa correção de temperatura e pressão não deve ser aplicada novamente quando a conversão de ppm para mg/Nm³ já foi realizada utilizando o volume molar nas condições normais.

  Esse é um erro relativamente comum em memoriais de cálculo.

  Se o ponto de partida for ppmv, pode-se converter diretamente para mg/Nm³ utilizando o volume molar normal. Se o ponto de partida for mg/m³ nas condições reais, então é necessário realizar a conversão de temperatura e pressão.

 

 

7. Correção para base seca

 

  Os gases de combustão normalmente contêm vapor d'água. Quando a concentração foi determinada em base úmida, é necessário retirar o efeito da água para obter a concentração em base seca.

 

  A equação é:

Cseca = Cúmida / (1 − H)

 

  Onde:

  • Cseca = concentração em base seca;

  • Cúmida = concentração em base úmida;

  • H = fração volumétrica de vapor d'água.

 

  Por exemplo, para uma amostra contendo 10% de H2O:

H = 0,10

 

  Portanto:

  Cseca = Cúmida / 0,90

  Isso significa que a concentração em base seca será maior que a concentração correspondente em base úmida.

 

   Atenção: antes de aplicar essa correção, é fundamental confirmar como o analisador ou laboratório reportou o resultado. Muitos analisadores podem fornecer diretamente resultados em base seca.

 

 

8. Correção para o oxigênio de referência

 

  Em processos de combustão, o excesso de ar pode diluir a concentração dos poluentes.

  Para permitir uma comparação padronizada, a concentração medida pode ser corrigida para um teor de oxigênio de referência.

 

  A equação estabelecida pela CONAMA 382/2006 é:

Cref = Cmed × (21 − O2ref) / (21 − O2med)

 

  Onde:

  • Cref = concentração corrigida;

  • Cmed = concentração medida;

  • O2ref = oxigênio de referência;

  • O2med = oxigênio medido.

 

  Para as fontes do Anexo VII do processo kraft que possuem limites em concentração, a referência é 8% de O2.

 

  Por que essa correção é necessária?

  Considere duas situações com a mesma emissão real de poluente:

  • uma operação com excesso de ar elevado;

  • outra operação com menor excesso de ar.

 

  A primeira pode apresentar uma concentração aparentemente menor simplesmente porque o poluente está mais diluído no volume total de gases.

  A correção para O2 reduz esse efeito de diluição e coloca os resultados em uma condição de referência comum.

 

 

 

9. Memorial de cálculo: exemplo em uma caldeira de recuperação

 

  Vamos considerar os seguintes dados hipotéticos:

 

Parâmetro	Valor
SO2 medido	150 ppmv
O2 medido	6%
Temperatura do gás	180 °C
Pressão	1 atm
Umidade	10%
O2 de referência	8%

 

  Para este exemplo, vamos assumir que:

  • os 150 ppmv estão em base úmida;

  • o O2 de 6% está em base seca;

  • a pressão é de 1 atm;

  • o objetivo é demonstrar a normalização do resultado;

  • o valor obtido para SO2 será tratado como representativo do parâmetro de emissão expresso como SO2 apenas para fins didáticos.

 

Passo 1 – Conversão de ppm para mg/Nm³

 

Cúmida = 150 × 64 / 22,4

Cúmida = 428,6 mg/Nm³Como essa conversão já utiliza o volume molar nas condições normais, não é necessário aplicar novamente a correção de temperatura de 180 °C.

 

Passo 2 – Correção para base seca

 

A umidade é de 10%:

H = 0,10

Então:

Cseca = 428,6 / (1 − 0,10)

Cseca = 476,2 mg/Nm³

 

Passo 3 – Correção para 8% de O2

 

O oxigênio medido é 6% e a referência é 8%.

C8% = 476,2 × (21 − 8) / (21 − 6)

C8% = 476,2 × 13 / 15

C8% ≈ 412,7 mg/Nm³

 

Portanto, para as condições assumidas neste exemplo:

SO2 ≈ 413 mg/Nm³, base seca, corrigido a 8% O2

 

 

 

10. O que aconteceria se a concentração estivesse em mg/m³ reais?

 

  Esse ponto ajuda a entender por que a temperatura não deve ser corrigida duas vezes.

  Suponha que, em vez de 150 ppm, o instrumento fornecesse diretamente a concentração em mg/m³ nas condições reais, a 180 °C.

  Nesse caso, primeiro seria necessário converter o resultado para condições normais utilizando a temperatura e a pressão.

 

  Somente depois seriam aplicadas as correções necessárias para:

  1. base seca;

  2. O2 de referência.

 

  Em outras palavras, existem diferentes caminhos matemáticos dependendo da unidade e da base do resultado original.

  O importante é que o cálculo não aplique duas vezes a mesma transformação.

 

 

11. Comparação com o limite de emissão

 

  Para uma fonte nova enquadrada no Anexo VII da CONAMA 382/2006, o limite de SOx, expresso como SO2, para a caldeira de recuperação é 100 mg/Nm³, base seca e corrigido a 8% de O2.

 

  No exemplo didático, obtivemos:

 

Parâmetro	Resultado normalizado	Referência CONAMA 382
SO2*	≈ 413 mg/Nm³	100 mg/Nm³

* Exemplo didático. Para uma avaliação formal de conformidade, deve-se confirmar que o método utilizado determina o parâmetro regulatório aplicável, neste caso SOx expresso como SO2, e não apenas SO2 isoladamente.

 

  Assim, se o resultado representasse efetivamente o parâmetro regulatório SOx nas condições exigidas, ele estaria acima do limite de referência apresentado.

  Essa distinção é importante porque uma comparação regulatória não depende apenas do número final: depende também da definição do poluente, método de medição, base, condições de referência e fonte aplicável.

 

 

12. E as caldeiras de força?

 

  As caldeiras de força merecem uma análise separada. Diferentemente da caldeira de recuperação e do forno de cal, que possuem enquadramento específico no Anexo VII para fabricação de celulose, uma caldeira de utilidades deve ser analisada de acordo com o combustível utilizado, potência térmica, condição da fonte e respectivo anexo ou norma aplicável.

  Na própria CONAMA 382/2006 existem anexos distintos para diferentes combustíveis.

 

Por exemplo:

  • Anexo I: combustão externa de óleo combustível;

  • Anexo II: combustão externa de gás natural;

  • Anexo III: combustão externa de bagaço de cana-de-açúcar;

  • outros anexos tratam de diferentes processos e combustíveis.

 

  Para uma caldeira de força a biomassa, portanto, não é tecnicamente adequado utilizar um único valor genérico de MP, NOx ou SOx sem primeiro identificar o enquadramento da fonte.

  No Anexo II, por exemplo, as caldeiras a gás natural têm limites de NOx diferentes conforme a potência térmica nominal e os resultados são expressos em base seca e 3% de O2. Já no Anexo I, para óleo combustível, os limites dependem da potência e são expressos a 3% de O2.

  Essa diferença mostra por que a condição de referência de oxigênio não deve ser presumida.

 

 

13. Principais erros na normalização de emissões

 

  Na rotina industrial, alguns erros podem gerar diferenças significativas no resultado final.

 

1. Comparar ppm diretamente com mg/Nm³

 

  Um limite de 100 mg/Nm³ não deve ser comparado diretamente com um resultado de 100 ppm. É necessário conhecer o poluente e realizar a conversão adequada.

 

2. Aplicar a correção de temperatura duas vezes

 

  Se a conversão ppm → mg/Nm³ já utiliza o volume molar normal, não se deve aplicar novamente a correção de temperatura como se o resultado ainda estivesse em mg/m³ reais.

 

3. Ignorar a umidade

 

  Um resultado em base úmida não é diretamente comparável com um limite estabelecido em base seca.

 

4. Utilizar o O2 errado

 

  O valor de referência depende da fonte e do enquadramento normativo.

  Para as fontes de concentração do Anexo VII da CONAMA 382/2006, utiliza-se 8% de O2. Outras fontes e outros anexos podem utilizar referências diferentes.

 

5. Confundir SO2, SOx e ERT

 

  Esses parâmetros possuem definições diferentes na legislação.

  SOx é expresso como SO2, enquanto ERT também possui expressão equivalente em SO2, mas representa compostos de enxofre reduzido.

 

6. Desconsiderar a condição da fonte

 

  Uma fonte nova e uma fonte existente podem estar submetidas a limites diferentes.

 

7. Considerar apenas o valor do analisador

 

  O relatório de emissões também deve permitir verificar metodologia, condições de operação, combustível ou insumos utilizados e demais informações necessárias à interpretação do resultado. A CONAMA 382/2006 estabelece requisitos para a apresentação desses dados e para os métodos de amostragem e análise.

 

 

14. O papel do monitoramento contínuo

 

  A normalização também é fundamental quando se trabalha com analisadores contínuos de emissões atmosféricas.

 

  Em uma caldeira de recuperação, por exemplo, parâmetros como:

  • O2;

  • CO;

  • SO2/SOx;

  • NOx;

  • TRS/ERT;

  • material particulado, quando aplicável;

podem ser utilizados em conjunto para acompanhar o comportamento da combustão e do processo.

 

  A interpretação adequada exige que os dados estejam associados às mesmas bases de referência.

  Um analisador que apresenta SO2 em ppm, por exemplo, pode fornecer uma excelente informação de processo. Porém, para comparar o valor com um limite regulatório em mg/Nm³ a 8% de O2, é necessário realizar ou configurar corretamente as conversões correspondentes.

  A própria CONAMA 382/2006 prevê a possibilidade de monitoramento contínuo e estabelece critérios para validação dos dados utilizados na verificação de atendimento aos limites.

 

 

15. Normalização não é apenas uma etapa matemática

 

  É comum pensar na normalização como uma simples conversão de unidades. Na realidade, ela representa uma etapa fundamental da qualidade do dado de emissão.

 

  Um resultado só pode ser interpretado corretamente quando sabemos:

o que foi medido + como foi medido + em qual base foi reportado + em quais condições foi obtido + qual referência normativa deve ser aplicada.

 

  Essa abordagem é especialmente importante no processo kraft, onde diferentes equipamentos possuem características e limites próprios.

 

  Para uma avaliação consistente, recomenda-se verificar pelo menos:

  • identificação da fonte;

  • combustível e insumos utilizados;

  • capacidade e condição operacional;

  • poluente medido;

  • método analítico;

  • unidade original;

  • base seca ou úmida;

  • temperatura;

  • pressão;

  • umidade;

  • O2 medido;

  • O2 de referência;

  • condição regulatória da fonte;

  • limite de emissão aplicável;

  • e critérios estabelecidos pelo órgão ambiental licenciador.

 

 

16. Conclusão

 

  No processo kraft, interpretar corretamente uma concentração de poluentes exige mais do que olhar para o número apresentado pelo analisador.

  A conversão de ppm para mg/Nm³, a correção para base seca, a normalização de temperatura e pressão e a correção para oxigênio de referência são etapas que permitem comparar os resultados em uma base comum.

  Ao mesmo tempo, é fundamental evitar simplificações: o limite aplicável depende do equipamento, do combustível, da potência, da condição da fonte e do enquadramento regulatório.

  A Resolução CONAMA nº 382/2006 estabelece a referência para fontes novas e seu Anexo VII trata especificamente dos processos de fabricação de celulose. Para fontes existentes anteriores a 2 de janeiro de 2007, a Resolução CONAMA nº 436/2011 estabelece os limites correspondentes.

  Na prática, uma boa avaliação de emissões deve conectar medição, instrumentação, processo e legislação.

  É essa integração que permite transformar um simples valor em ppm ou mg/Nm³ em uma informação realmente útil para o controle ambiental e para a operação da planta.