Estudos da distribuição granulométrica de partículas em suspensão são de grande interesse devido aos efeitos adversos a saúde provocados por essas partículas em certas faixas de tamanho. Partículas “muito grandes” (aproximadamente 15 µm ou maiores) quando inaladas, não ultrapassam as vias respiratórias superiores, sendo removidas ainda no nariz e garganta, não alcançando, portanto, os pulmões. Partículas “menores” (aproximadamente 10 µm ou menores), quando inaladas, podem chegar até o sistema respiratório inferior, alcançando assim os alvéolos pulmonares.
O MPS no ar ambiente tem a tendência de se agrupar bimodalmente com relação ao tamanho das partículas, ou seja, em duas faixas de tamanho distintas (USEPA, 1983). Assim, com base nas concentrações em massa das partículas dessas faixas de tamanho, pode-se obter a distribuição granulométrica do MPS, a qual é representada por uma distribuição bimodal, cuja forma é dependente dos processos predominantes na formação física e química das partículas. A figura 4.4 ilustra a distribuição bimodal do MPS baseado na concentração em massa.
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Fig. 4.4 - Distribuição bimodal do MPS baseado na concentração em massa
PACYNA (1995) apresenta uma classificação para o material particulado onde esse é dividido em frações denominadas fina e grosseira, e inclui também os respectivos processos de formação dessas frações.
As partículas finas, com diâmetros menores de 2,5 µm, são comumente denominadas partículas respiráveis. Tais partículas são importantes sob o ponto de vista de sua deposição no trato respiratório humano, bem como por serem responsáveis pelo maior espalhamento de luz, isto é, pela redução da visibilidade. Além disso, partículas menores podem conter mais substâncias tóxicas do que as partículas maiores.
A fração fina é subdividida em duas partes: a faixa de nucleação e faixa de acumulação:
§ Faixa de nucleação: Compõem-se de partículas de diâmetro < 0,2 µm geradas por processos que envolvem condensação de vapores quentes ou durante o processo de transformação de gases em partículas.
As partículas situadas nessa faixa de tamanho estão sujeitas a uma difusão muito rápida e desordenada (movimento Browniano) e como são pequenas em comparação aos comprimentos de onda da luz visível, obedecem essencialmente às leis do espalhamento da luz por moléculas.
§ Faixa de acumulação: Compõem-se de partículas com diâmetro entre 0,2 e 2,0 µm oriundas da faixa de nucleação através da coagulação ou condensação de vapores.
As partículas situadas nessa faixa de tamanho são as principais responsáveis pela redução da visibilidade.
A fração grosseira é definida como partículas com diâmetros > 2,0 µm geradas por vários processos de atrito mecânico. As partículas situadas nessa faixa de tamanho, por serem grandes, não estão sujeitas ao movimento Browniano, sendo mais suscetíveis à força gravitacional do que as partículas submicrométricas.
A figura 4.5 mostra uma representação esquemática de uma distribuição granulométrica bimodal típica para MPS, com indicação das frações fina e grosseira e de alguns processos de formação.
Fig.4.5 - Esquema de uma distribuição granulométrica típica para MPS.
Os picos na distribuição representam as então chamada fração fina e fração grosseira das partículas. Não há uma clara definição para a faixa de abrangência do tamanho desses termos. O valor limite para as partículas finas e grosseiras é geralmente tomado entre 2 e 5 µm. Entretanto, grande parte dos estudiosos utilizam-se do valor de 2,5 µm como sendo esse limite. É usual aceitar que as partículas de tamanhos menores que 2,5 - 5 µm sejam consideradas como a fração fina do MPS, resultantes de fontes antropogênicas. Partículas acima de 2,5 - 5 µm são consideradas como a fração grosseira do MPS e estão comumente associadas à processos mecânicos resultantes da ação dos ventos no solo, ressuspensão da poeira das ruas e dispersão de partículas em forma de sprays d’água.
Como regra geral, a maior parte das partículas da fração fina é originada de atividades antropogênicas como os processos de combustão. A fração grosseira resulta, em sua maioria, de processos mecânicos como a ressuspensão ou fricção, sendo predominantemente de origem natural.
Na literatura, os termo material particulado atmosférico ou partículas em suspensão podem ser associados a diversos outros termos como material particulado em suspensão, aerossol, partículas totais em suspensão, partículas inaláveis, partículas respiráveis, partículas torácicas, PM10, PM2,5, poeira, fumaça, fumos e névoas, entre
outros.
A INTERNATIONAL ORGANIZATION for STANDARDIZATION (ISO) 1991 apud UNEP/WHO (1994), apresenta definições para os diversos termos relacionados ao material particulado atmosférico. Dentre as definições apresentadas pela ISO, as de maior interesse para esse trabalho estão sumarizadas a seguir:
§ Material Particulado em Suspensão (MPS): Conjunto de partículas sólidas e/ou líquidas dispersas no ar.
Compreende uma faixa de tamanho de algumas dezenas de nanômetros (nm) até poucas centenas de micrômetros (µm).
§ Aerossol: Conjunto de partículas sólidas e/ou líquidas suspensas em um meio gasoso.
Geralmente, o tamanho das partículas dos aerossóis compreende uma faixa entre 0,001 e 100 µm.
§ Partículas Totais em Suspensão (PTS): É uma estimativa da massa de partículas totais em suspensão, obtidas através de um amostrador de grande volume (Hi-vol).
Compreendem as partículas na faixa de tamanho que vai de poucos micrômetros até cerca de 50 µm.
§ Fração inalável: É definida como a fração em massa das partículas totais em suspensão que são inaladas através da boca e do nariz.
Essa fração depende principalmente da velocidade e direção do movimento do ar próximo a cabeça, taxa de respiração (inspirações por minuto) e volume de respiração (ml inspirado).
§ Fração respirável: É definida como a fração em massa das partículas inaláveis as quais penetram até os alvéolos pulmonares.
A fração respirável é definida por um diâmetro de corte em 50% (D50 ) * igual a
4 µm e um diâmetro de corte superior (Dsup) † igual a 12 µm.
Quando o alvo dos estudos são populações de alto risco (crianças e adultos com certas doenças torácicas), existe uma outra convenção para a fração respirável denominada de PM2,5 centralizada em partículas com pequeno diâmetro aerodinâmico.
* D
50: na média, 50% das partículas com diâmetro aerodinâmico desse tamanho irá passar através do
orifício de entrada.
† D
sup : nenhuma partícula com diâmetro aerodinâmico acima desse tamanho poderá passar através do
§ Fração PM2,5: É definida como a fração das partículas coletadas por um amostrador com um orifício de entrada com eficiência de captura de 50% para partículas com 2,5 µm de diâmetro aerodinâmico.
A fração PM2,5 é definida por um diâmetro de corte em 50% (D50 ) igual a 2,5
µm e um diâmetro de corte superior (Dsup) igual a 7 µm.
§ Fração torácica: É definida como a fração em massa das partículas inaláveis as quais penetram além da laringe.
A fração torácica é definida por um diâmetro de corte em 50% (D50 ) igual a
11,64 µm e um diâmetro de corte superior (Dsup) igual a 30 µm.
A convenção para fração torácica é muito semelhante a definição para a fração PM10 , sendo esta última comumente utilizada para representar a fração torácica.
§ Fração PM10: É definida como a fração em massa das partículas coletadas por um amostrador cujo orifício de entrada possui corte de 50% de eficiência para partículas com 10 µm de diâmetro aerodinâmico.
A fração PM10 é definida por um diâmetro de corte em 50% (D50 ) igual a 10
µm e um diâmetro de corte superior (Dup) igual a 30 µm.
A figura 4.6 mostra a percentagem de massa total das partículas em suspensão incluídas nas convenções inalável, respirável e torácica em função do seu tamanho.
Diâmetro Aerodinâmico (µm)
Fig.4.6 - Convenção para partículas respiráveis, torácicas e inaláveis em função da % de PTS.
(Fonte: UNEP/WHO, 1994)