PRELIMINARY ASSESSMENT OF INDOOR AIR QUALITY OF A MILITARY SHIP ON A LONG TERM MISSION BASED ON THE ANALYSIS OF BTEX, FINE PARTICULATE MATTER (PM2.5) AND CARBON DIOXIDE (CO2)
REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/cl10202503241728
Marlon Daniel Lima Toninia*
Halliny Siqueira Ruelaa
Bruno de Lima Mirandaa
Giuliana Vasconcelos de Souzaa
Diego da Costa Medeirosa
Daniela Zeni dos Santosa
Vanessa Emidio Dabkiewczb
Julio Cesar Simões Rosab
Thelma Pavesib
Resumo
A qualidade do ar em ambientes internos (IAQ, do inglês, Indoor Air Quality) têm um impacto significativo na saúde e na qualidade de vida em geral. A atmosfera de ambientes internos pode conter uma mistura de poluentes oriundos tanto do ambiente externo bem como de contaminantes interiores provenientes de mobiliário, materiais de construção e limpeza, equipamentos eletrônicos e de fontes de combustão, como da queima de combustíveis fósseis. Os poucos relatórios existentes sobre IAQ de navios são bastante específicos, uma vez que diferentes classes de navios possuem características estruturais e materiais de bordo próprios. Levando em consideração que os militares que servem embarcados costumam permanecer por longos períodos a bordo, a exposição de todo o pessoal pode ser significativa. Por isso, é necessária uma monitorização contínua da IAQ para determinar a exposição da tripulação aos poluentes atmosféricos interiores (IAP, do inglês, Indoor Air Pollutants). Além disso, sendo os navios o principal meio operativo da Marinha, é de extrema importância que tripulantes, construtores navais, engenheiros, projetistas e operadores tomem conhecimento dos níveis de exposição para que possam ser implementadas medidas visando à saúde, ao conforto e, consequentemente, à maior eficiência no cumprimento da missão. Neste trabalho foi relatado um estudo preliminar da IAQ de um navio da Marinha do Brasil (MB), durante uma missão de paz em 2020, a partir da análise de BTEX, de material particulado fino (PM2.5) e de dióxido de carbono (CO2). Esses poluentes foram analisados em diferentes compartimentos ao longo da missão, juntamente da temperatura e da umidade relativa. Embora tenham sido observados valores variados para os parâmetros de qualidade do ar em estudo, em nenhum momento suas concentrações no ambiente ultrapassaram os limites de tolerância definidos pelas diretrizes globais de qualidade do ar. Resultados significativos sobre a IAQ de um navio de guerra em missão puderam ser obtidos por meio deste estudo preliminar e a ampliação do seu escopo para detecção de outros poluentes atmosféricos, que também possam afetar a saúde, será considerada em uma próxima etapa de estudo. Além disso, algumas limitações de metodologia de amostragem puderam ser identificadas, porém, de grande valia para o aprimoramento e a continuidade dessa nova linha de pesquisa que nasce na MB.
Palavras-chave: Qualidade do ar interno, material particulado, BTEX, Navios de Guerra, Marinha do Brasil.
Abstract
Indoor Air Quality (IAQ) has a significant impact on health and quality of life in general. Indoor atmosphere represents a mix of outdoor pollutants as well as indoor contaminants originated inside from furnishings, building and cleaning materials, electronic equipment and from combustion sources, such as the burning of fossil fuels. The few existing reports on ships IAQ are quite specific since different classes of ships have their own structural features and shipboard materials. Taking into account that the military serving aboard usually stay for long periods inside the ship, the exposure of all personnel may be significant. Therefore, continuous monitoring of IAQ is necessary to determine the crew’s exposure to indoor air pollutants (IAP). Furthermore, since ships are the Navy´s primary operational tool it is of the utmost importance for crew, shipbuilders, engineers, designers, and operators become aware of the exposure levels so that measures can be implemented aiming to health, comfort and, consequently, to greater efficiency in fulfilling the mission. Here, we report a preliminary study of the IAQ of a Brazilian Navy Vessel during a peacekeeping misson in 2020 from BTEX, fine particulate matter (PM2.5) and CO2 analysis. These pollutants were analyzed in different compartments throughout the mission along with the temperature and the relative humidity. Although varied values were observed for the parameters under study for air quality, at no time did their concentrations in the environment exceed the tolerance limits defined by global air quality guidelines. However continuous IAQ monitoring is needed to determine indoor air pollutants (IAP) exposure to the ship’s crew. Significant findings regarding the IAQ of a warship on mission were obtained through this preliminary study, and expanding its scope to detect other air pollutants that may also affect health will be considered in the next phase of the study. Additionally, some limitations in the sampling methodology were identified, but they proved valuable for the improvement and continuation of this new research field emerging within the Brazilian Navy.
Keywords: Indoor air quality (IAQ), particulate matter, BTEX, Warships, Brazilian Navy.
1. Introdução
O setor dos transportes é amplamente reconhecido como um dos maiores responsáveis pelas emissões antropogênicas em todo o mundo. (Zheng et al. 2011; Cepeda et al. 2017; EPA 2024) Dentre os meios de transporte, os navios são de grande importância, já que mais de 80% do volume de mercadorias comercializadas mundialmente são transportados por via marítima. (Brancaccio et al. 2020) Consequentemente, as emissões oriundas da queima de combustíveis fósseis dos motores dos navios têm um impacto significativo na qualidade do ar do ambiente externo. (Eyring et al. 2010; Yau et al. 2013; Bilgili and Celebi 2016; Fan et al. 2016; Yang et al. 2022) Essa poluição também pode interferir na IAQ através da troca de ar entre os ambientes interno e externo do navio. Além disso, pode haver também emissões provenientes do próprio ambiente interno. Na verdade, é bem reconhecido que as concentrações de muitos compostos orgânicos voláteis (VOC, do inglês, volatile organic compounds) no ambiente interno podem ser superiores aos níveis exteriores. (Kotzias 2021; Zahaba et al. 2022) Nos meios de transporte mais comuns, cuja fonte de energia provém da queima de combustíveis fósseis, a IAQ é altamente influenciada por ambas as fontes de contaminação, ou seja, das emissões exteriores e interiores. (Monn et al. 1997; Jones 1999; Brasche and Bischof 2005; Weschler 2009; Zahaba et al. 2022)
Quando se trata da IAQ de navios, o ambiente interno pode acumular poluentes de diversas fontes internas como lubrificantes, solventes, produtos de limpeza, materiais de acabamento, colas, combustíveis, móveis, equipamentos eletrônicos, tintas e da própria natureza química que compõe os vários materiais de bordo. O aumento da concentração desses poluentes também pode ser facilitado pela ocorrência de possíveis vazamentos de fluidos dos sistemas mecânicos ou pela utilização de equipamentos e motores, cuja temperatura de operação favorece a liberação de VOC. Além disso, a IAQ em navios pode ser ainda pior em espaços hermeticamente fechados, como o passadiço de alguns navios de guerra quando em modo de combate ou os compartimentos estanques. Os poluentes também podem ser facilmente dispersos pelas cabines, já que corredores e escadas fazem a ligação entre os compartimentos e os deques. (Kim et al. 2010) Também é comum observar variações sazonais na qualidade do ar devido às condições climáticas. Uma atmosfera estável limita a dispersão dos poluentes e favorece os picos de poluição, enquanto as correntes de ar tornam a dispersão mais eficiente. Da mesma forma, o aumento da temperatura no verão pode favorecer a liberação de compostos orgânicos voláteis. Portanto, pode haver variações tanto na composição quanto na concentração de poluentes em cada tipo de compartimento tornando a exposição uma questão espacial e temporal. (Kim et al. 2010)
Em geral, o limite de exposição ocupacional (LEO) indica o nível de exposição admissível, durante um período de tempo (normalmente 8 horas), a um perigo químico ou físico que não é susceptível de afetar a saúde de um trabalhador. Estes limites são estabelecidos por muitas organizações profissionais em todo o mundo, como a Conferência Americana de Higienistas Industriais Governamentais (ACGIH, do inglês, American Conference of Governmental Industrial Hygienists) e o Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional (NIOSH, do inglês, National Institute for Occupational Safety and Health) nos Estados Unidos. (CCOHS 2022)
Embora existam pesquisas realizadas para melhorar a qualidade do ar em meios de transporte como automóveis, ônibus, metrôs e aeronaves, as informações e os dados referentes à IAQ em navios são mais limitados, especialmente quando se trata de navios de guerra. (Kim et al. 2010; Zhang et al. 2009; Sun et al. 2008) Neste sentido, é importante ter em conta que existem diferenças estruturais significativas entre navios de guerra e navios comerciais que podem impactar a IAQ. (Birkler et al. 2005)
Os navios militares são projetados para navegação em zonas de combate, o que resulta em peculiaridades estruturais quando comparados aos navios comerciais. As especificações estruturais presentes em muitos navios de guerra baseiam-se em características como proteção nuclear, química e biológica, controle de danos, movimentação e armazenamento de armas. Além disso, existe um sistema integrado de sensores e armas que os navios civis não possuem. (Birkler et al. 2005)
Dentre os componentes presentes nessas emissões podem-se destacar o material particulado (PM, do inglês, particulate matter), BTEX (benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos) e CO2. (Schauer et al. 1996; Gentner et al. 2012; Daellenbach et al. 2020; WHO 2020)
PM é uma combinação de partículas sólidas e gotículas líquidas. (WHO 2021) Embora o PM possa ser classificado de diversas maneiras, seu diâmetro é um dos principais critérios de classificação, que define sua capacidade de ser transportado pela atmosfera e de ser inalado. A Agência de Proteção Ambiental norte-americana (EPA, do inglês, Environmental Protection Agency) criou padrões regulatórios para o PM de acordo com a capacidade esperada de penetração pulmonar, classificando-o em dois tipos principais de tamanho, como Material Particulado Grosso (PM10), com diâmetro aerodinâmico variando de 2,5 a 10 μm, e Material Particulado Fino (PM2,5) com diâmetro inferior a 2,5 μm. (Martinez-Ramirez and Thompson 1999; Harrison and Yin 2000; Esworthy and McCarthy 2010; Kim et al. 2015; WHO 2021) Partículas com diâmetro menor que 0,1 μm são classificadas como partículas ultrafinas (PM0,1). (Hasheminassab et al. 2013) O PM2,5 corresponde ao componente do PM responsável pelos maiores danos à saúde, pois, devido ao seu tamanho reduzido, consegue penetrar no sistema respiratório de forma mais eficiente que o PM10 (2,5 – 10 μm). (Lippmann 1998; Harrison and Yin 2000) De acordo com a Organização Mundial da Saúde (OMS), os limites aceitáveis recomendados pelas diretrizes de qualidade do ar (AQG, do inglês, air quality guideline) para PM2,5 são 5 e 15 µg/m3 para o tempo médio anual e de 24 horas, respectivamente. (WHO 2021)
O BTEX se origina de diversas fontes, incluindo produtos petroquímicos, tintas, solventes, combustíveis fósseis, motores, resinas sintéticas e borrachas, (Dehghani et al. 2016; Krasodomski and Burnus 2022) e estes compostos foram identificados como cancerígenos e mutagênicos. (Di et al. 2009)
A ACGIH estabelece os seguintes valores limites (TLVs, do inglês, threshold limit values) para exposição a compostos BTEX durante um período de 8 horas por dia e 5 dias por semana (40 horas semanais): benzeno 60 mg/m3 (0,5 ppm), tolueno 175,37 mg/m3 (20 ppm), etilbenzeno 86,84 mg/m3 (20 ppm) e xileno 434,19 mg/m3 (100 ppm). (Khoshakhlagh et al. 2023; ACGIH 2021)
O dióxido de carbono (CO2) é um componente muito importante da atmosfera. Embora seja liberado por processos naturais, as atividades humanas, como a queima de combustíveis fósseis e o desmatamento, são responsáveis pelo enorme aumento de sua concentração. (Kabir et al. 2023) A exposição crônica a elevados níveis de CO2 em ambientes internos apresenta riscos potenciais à saúde, incluindo inflamação, reduções nas habilidades cognitivas de alto nível, desmineralização óssea, calcificação renal, estresse oxidativo e disfunção endotelial. (Jacobson et al. 2019)
O dióxido de carbono (CO2) interno é um importante parâmetro de estudos observacionais sobre como as condições de ventilação afetam diretamente na IAQ. (Azuma et al. 2018)
Quanto aos limites aceitáveis para exposição do dióxido de carbono (CO2), tanto a NIOSH quanto a ACGIH propuseram os seguintes valores: 9.000 mg/m3 (5.000 ppm) para exposição de longo prazo (8 horas de jornada de trabalho por dia/40 horas semanais) e 54.000 mg/m3 (30.000 ppm) para uma exposição de curto prazo (STEL, do inglês, short-term exposure limit) equivalente a 15 minutos. (NIOSH 6603. 1994) Já a agência norte-americana de Administração da Segurança e Saúde Ocupacional (OSHA, do inglês, Occupational Safety and Health Administration) determinou que o limite de exposição de longo prazo (média ponderada de 8 horas) seja de 18.000 mg/m3 (10.000 ppm) e que para o STEL seja de 54.000 mg/m3 (30.000 ppm). (OSHA 172. 1990)
Tendo em conta que os militares que servem embarcados costumam permanecer por longos períodos a bordo dos navios, a exposição de todo o pessoal aos contaminantes presentes na atmosfera interna das embarcações pode ser significativa.
Neste trabalho é apresentado um estudo preliminar da IAQ de diferentes compartimentos de um navio da Marinha do Brasil a partir da análise de BTEX, material particulado fino (PM2.5), CO2, e de suas possíveis implicações, além das perspectivas para a expansão dessa linha de pesquisa. O navio utilizado no estudo foi a Fragata Independência (F-44) (Figura 1).
Figura 1: Fragata Independência (F-44). Adaptado de Galante 2020. (Galante 2020)
2. Metodologia
2.1 O navio e a missão
Os estudos foram realizados na Fragata Independência (F-44), um navio da Marinha do Brasil (MB) subordinado ao Comando da Força de Superfície (ComForSup) que fez parte do 20º contingente da Força Interina das Nações Unidas no Líbano (UNIFIL, do inglês: United Nations Interim Force in Lebanon) em 2020 durante uma missão de paz. A Fragata Independência é um navio de guerra da classe Niterói em serviço, construído no Brasil no Arsenal de Marinha do Rio de Janeiro (AMRJ) e incorporado à MB em 1979, com deslocamento de 3.800 toneladas e com tripulação composta de aproximadamente 200 militares. (Galante 2020)
A missão teve início no dia 8 de março, quando o navio deixou a cidade do Rio de Janeiro em direção a Natal (RN), onde atracou no dia 13 de março de 2020, fazendo sua primeira parada antes de seguir rumo ao leste do Mar Mediterrâneo. Após a missão de paz ter sido concluída, a Fragata retornou para o Brasil e atracou na Base Naval do Rio de Janeiro (BNRJ) no dia 26 de dezembro do mesmo ano às 9 horas. (MD 2020a; MD 2020b)
2.2 Locais de amostragem e períodos de monitoramento
Os locais de amostragem foram escolhidos para retratar os principais ambientes de trabalho e de permanência da tripulação. Nesse sentido, foram escolhidos os seguintes ambientes do navio: academia, alojamento de suboficiais (coberta.SO), convoo, hangar, passadiço, rádio-CCM e rancho. Em cada um destes sete ambientes, foram realizadas coletas de ar em duplicata em quatro momentos, sendo que o tempo zero (T0) poderia ser qualquer momento no qual o navio estava atracado e com os motores desligados. A partir do momento em que o navio começava a navegação, partindo em direção ao próximo ponto de parada, dava início a contagem dos tempos T1, T2 e T3. Esses três momentos correspondem, respectivamente, a 12, 24 e 36 horas de navegação.
A duração total da missão (cerca de nove meses) foi dividida em quatro períodos de coleta, chamados de ciclos, com intervalos aproximados de dois meses entre cada um deles, ou seja, os dados foram coletados no início (ciclo 1), duas vezes durante (ciclos 2 e 3) e no fim da missão (ciclo 4). Dessa forma, cada ciclo representa um conjunto completo de amostragens completo dos sete ambientes nos quatro tempos propostos para o estudo.
2.3 Parâmetros físico-químicos e monitoramento de dióxido de carbono (CO2), material particulado fino (PM2,5), temperatura e umidade relativa (UR)
Dióxido de carbono, material particulado fino, temperatura e umidade relativa foram medidos ao longo de uma hora contínua de análise em cada período de amostragem. Os valores obtidos correspondem a média registrada pelo monitor de qualidade do ar (AKSO, modelo: AK898) ao longo deste período de uma hora. Para a determinação de CO2 o sensor do equipamento opera com faixa de medição de 0 a 9.999 ppm de CO2, resolução de 1 ppm e exatidão de ± 5% da leitura + 75 ppm. Em relação ao PM2.5, o sensor do monitor AK898 detecta material particulado fino na faixa de medição de 0 a 999 µg/m3, com resolução de 1µg/m3 e exatidão de ± 10% da leitura + 10 µg/m3 (calibração aerossol). A temperatura foi obtida em graus Celsius pelo mesmo equipamento que apresenta capacidade de operar na faixa de 0 a 50°C, resolução de 0.1°C e exatidão de ± 1ºC.
A umidade relativa (UR), que se refere ao teor de umidade (vapor de água) da atmosfera, expresso como uma porcentagem da quantidade de umidade que pode ser retida pela atmosfera (capacidade de retenção de umidade) a uma determinada temperatura e pressão sem que haja condensação (Yahia 2019) foi determinada pelo sensor do AK898 (AKSO) na faixa de medição de 20 a 90% de UR, resolução de 0.1% de UR e exatidão de ± 5% (a 25ºC).
2.4 Amostragem e análise de BTEX
A análise de BTEX foi conduzida de acordo com a NIOSH-1501. (NIOSH 1501. 2003) Cartuchos de carvão ativado (SKC Inc., cat. No. 226-01, Eighty Four, PA, USA) contendo 100 mg de adsorvente no leito principal e 50 mg no leito secundário, acoplados à bomba de amostragem de ar (AirLite® Sampler Model 110-100, SKC Inc. Serial Nº A62404, USA) com um fluxo de 1,0 L.min-1, controlado por rotâmeros, foram usados para coletar BTEX em duplicata durante 1 hora em cada período de amostragem. (Amaral et al 2016; Amaral et al. 2017) Ao final de cada amostragem, os tubos de vidro, devidamente identificados, foram vedados nas extremidades com tampa de Teflon e acondicionados em embalagens plásticas vedadas do tipo zip-lock. As amostras foram então imediatamente armazenadas sob refrigeração a -20 °C para posteriores extrações e análises.
Os leitos de carvão ativado dos cartuchos foram transferidos para frascos de 10 mL e extraídos adicionando 1,0 mL de dissulfeto de carbono (CS2) e agitação por 60 minutos. As amostras foram analisadas através de espectrômetro de massa triplo quadrupolo GC-MS/MS, modelo TSQ 8000 EVO (Thermo Scientific), operando com o software ThermoFisher Xcalibur™ e TraceFinder™. Foi utilizada uma coluna capilar DB-5MS (5% diphenyl–95% dimethylpolysiloxane, Agilent / 30m × 0,25mm i.d., 0,25 μm de espessura do filme) com gás hélio como fase móvel a um fluxo de 1 mL.min−1 e volume de injeção de 1 µL.
O modo de injeção foi splitless com temperatura de entrada de 240 °C. O programa de temperatura foi: 40 °C, mantido por 1 min, 40–90 °C a 10 °C min−1, mantido por 0,05 min, finalmente aumentado para 90–120 °C a 100 °C min−1, mantido por 1,5 min.
O espectrômetro de massa foi operado usando impacto de elétrons (EI) com voltagem de fixada em 70 eV. As temperaturas da fonte de íons e da linha de transferência foram de 300°C.
Os compostos identificados foram quantificados usando procedimento de calibração externa, com cinco níveis de calibração, conforme a seguir: 10; 50; 10; 125; 250; 500 μg.L−1 em matriz de carvão ativado extraído (Anasorb SKC 226-01) com CS2. Benzeno, tolueno, etilbenzeno e o-xileno foram bem separados, enquanto m-xileno e p-xileno foram quantificados juntos (m,p-xilenos). O espectrômetro de massas foi operado em monitoramento de reação selecionada. Para cada composto, três íons (um alvo e dois qualificadores) foram monitorados, além de m,p-xileno, dois íons (um alvo e um qualificador). A identificação foi confirmada pelo tempo de retenção, varredura do banco de dados de espectros de massas e pelas proporções de íons.
2.5 Controle de qualidade
Após a validação comum de métodos cromatográficos, como curvas analíticas, limites de detecção (LD), limites de quantificação (LQ), linearidade, seletividade, recuperação e repetibilidade, resultados mais confiáveis puderam ser obtidos para a determinação de BTEX. (Causon 1997; Ribani et al. 2004; Amaral et al. 2017)
A repetibilidade instrumental dos resultados foi avaliada por análise em triplicada. Corridas com o branco de matriz foram realizadas simultaneamente a cada análise de amostra. As amostras controle foram obtidas para compostos alvo BTEX em três níveis de calibração, conforme a seguir: 10; 125; 500 μg.L−1 em matriz de carvão ativado (Anasorb SKC 226-01) extraído com CS2 e material de referência certificado BTEX Mix 100 g.L-1, cada componente em metanol utilizados como amostras controle em todas as corridas. O método mostra níveis de desvio padrão relativo (DPR) <10%, LD 12 mg.L⁻¹ e LQ 35 mg.L⁻¹ para benzeno; LD 32 mg.L⁻¹ e LQ 96 mg.L⁻¹ para tolueno; LD 32 mg.L⁻¹ e LQ 95 mg.L⁻¹ para etilbenzeno; LD 4 mg.L⁻¹ e LQ 12 mg.L⁻¹ para xilenos. As recuperações foram de 82-98% para benzeno; 81-88% para tolueno; 81-109% para etilbenzeno e 92-107% para xileno. Benzeno (pureza ≥99,9%), tolueno (pureza ≥99,9%), etilbenzeno (pureza ≥99,8%), m-xileno (pureza ≥99%), p-xileno (pureza ≥99%) e o-xileno (pureza 98%) foram obtidos da Sigma–Aldrich (Milwaukee, WI, USA). O BTEX Mix é um material de referência certificado com concentração de 200 µg/mL, e cada componente em metanol foi obtido da Sigma–Aldrich (Milwaukee, WI, EUA). O hélio ultrapuro (99,999% de pureza) foi obtido do Messer Group (Bad Soden, Alemanha). O dissulfeto de carbono (CS₂) (>99,9% de pureza) foi obtido da Sigma–Aldrich (Milwaukee, WI, EUA). O cromatograma de BTEX na solução padrão é mostrado abaixo na Figura 2.
Figura 2. Cromatograma de BTEX em uma solução padrão de 500 µg/L. Benzeno (a), tolueno (b), etilbenzeno (c), m,p-xileno (d-e) e o-xileno (f).
2.6 Dados Estatísticos
Diagramas de caixa (box-plots) e gráficos de linhas foram construídos para analisar os 11 parâmetros do estudo. Assumiu-se independência entre os valores de cada componente em cada local.
2.6.1 Locais de amostragem
Box-plots para cada local de coleta foram construídos considerando os valores médios observados a partir do monitor AK898, em cada tempo (T0 a T3) e nos 4 ciclos. Portanto, 16 observações foram usadas para obter cada box-plot construído a partir dos resultados obtidos pelo AK898. Para o BTEX, foram usadas 32 observações para cada box-plot, uma vez que duas medições foram obtidas por tempo em todos os ciclos e locais.
2.6.2 Ciclos de coleta
Box-plots para cada ciclo foram construídos considerando os valores médios obtidos pelo monitor AK898 a cada tempo em todos os 7 locais. Portanto, 28 observações foram usadas para obter cada box-plot com resultados oriundos do AK898. Para o BTEX, foram usadas 56 observações para cada box-plot, pois duas medições foram obtidas a cada tempo em todos os ciclos e locais.
Os mesmos gráficos foram replicados excluindo a localização que apresentou valores notavelmente diferentes das outras localizações a fim de melhorar a visualização em termos de escala. Um gráfico de linha foi criado para cada ciclo com o objetivo de melhorar a visualização da evolução das temperaturas em cada local ao longo dos ciclos.
2.6.3 Períodos de amostragem
Box-plots para cada ciclo foram feitos considerando os valores médios obtidos do monitor AK898 em cada tempo de coleta em todos os locais de amostragem. Portanto, 28 observações foram usadas para obter cada box-plot a partir dos dados gerados pelo AK898. Para BTEX foram utilizadas 56 observações para cada box-plot, pois foram obtidas duas medições por período em todos os ciclos e locais de coleta.
3. Resultados e discussões
3.1 Dióxido de carbono (CO2)
Os níveis de dióxido de carbono (CO2) na área do convoo foram notavelmente inferiores aos dos outros locais analisados. No rancho, valores mais baixos de CO2 também foram observados, em menor escala, que em outros locais de aferição (Figura 3). Como o convoo é um ambiente externo do navio, localizado sobre o deque principal, a dispersão de ar ocorre facilmente, especialmente em navegação, quando o navio fica exposto às correntes marítimas de vento. Esse fator de dispersão é condizente com as baixas concentrações de CO2, em torno de 400 ppm, observadas no convoo, uma vez que a atmosfera de ambientes externos tipicamente apresenta valores que podem variar de 300 a 400 ppm (0,03% a 0,04%), ou ainda podendo variar de 600 a 900 ppm em áreas metropolitanas. (FSIS 2024)
Por outro lado, o rancho, além de ser um ambiente fechado, com bastante limitação da dispersão de ar, possui fogões a gás que são fontes de CO2. Sabidamente a cozinha é o principal microambiente interno residencial e comercial, quanto à presença de concentrações agudas mais elevadas de CO2 antropogênico e natural do que outros espaços internos, decorrentes da combustão e da exalação humana, respetivamente. (Amoatey 2018; Kumar et al 2022) Por isso, seria esperado que, dentro de um navio de guerra com uma cozinha de grandes proporções equipada para prover toda a tripulação do navio e com restrita circulação de ar, os níveis de CO2 fossem mais elevados. Pois, além da considerável produção do CO2 proveniente da queima de gás de cozinha, a grande maioria da tripulação faz uso do refeitório dentro do mesmo intervalo de tempo, o que também poderia contribuir para a elevação da concentração desse gás, uma vez que a cozinha e o refeitório do navio são ambientes contíguos, sem separação por paredes, que compartilham da mesma atmosfera. No entanto, como os níveis de CO2 do rancho não foram maiores do que aqueles observados nos demais ambientes (Figura 3), pode-se inferir que o tempo de navegação exerce pouca influência sobre a alteração da concentração de CO2 e que, provavelmente, todos períodos de amostragem coincidiram com momentos de baixa atividade laboral ou pouca presença da tripulação no ambiente analisado. Por outro lado, não podemos descartar a possibilidade desse resultado estar também associado ao sistema de exaustão presente na cozinha. A cozinha é equipada com grandes coifas e exaustores que promovem a dispersão dos vapores de cozimento para fora da embarcação, o que pode ter influenciado no resultado observado.
Por isso, novos testes com a realização das amostragens dentro de períodos com maior atividade humana dentro do ranho seriam importantes para confirmar essa hipótese ou para confirmar que a eficiência do sistema de exaustão tenha sido o fator preponderante que influencia na qualidade do ar observada neste ambiente. Nos demais ambientes não houve variações significativas da concentração de CO2 (Figura 3).
Apesar dos níveis de CO2 encontrados estarem próximos na maioria dos locais de coleta (exceto no convoo), em nenhum dos ambientes analisados foram observados valores superiores aos limites aceitáveis pelas normas vigentes (Figura 3).
Figura 3. Diagrama de caixa dos níveis de CO2 (ppm) para cada local de amostragem.
Em todos os ciclos foram obtidos valores atípicos (outliers) que influenciam significativamente nos valores das médias. (Figura 4). Foi observada uma tendência decrescente das médias de CO2 ao longo dos ciclos. A mesma tendência não é observada quando as medianas são consideradas. Uma tendência em sentido oposto (crescente) foi visualizada quando consideradas as medianas de CO2 ao longo dos ciclos. Nos ciclos 3 e 4, foram observados outliers que influenciam significativamente nos valores das médias. Contudo, apesar dessas variações estatísticas, os valores absolutos estão muito abaixo dos limites aceitáveis. Não foram significativos em termos de exposição, o que novamente reforça a observação de que o tempo de navegação, por si só, pouco influencia na IAQ da embarcação.
Figura 4. Diagrama de caixa dos níveis de CO2 (ppm) para cada ciclo.
No T1 (12h), foi observada a menor média de CO2 . Em todos os períodos foram observados valores atípicos (outliers) que influenciaram significativamente as médias. Nenhum padrão de variação nas médias e medianas de CO2 foi observado ao longo do tempo (Figura 5).
Figura 5. Diagrama de caixa de CO2 (ppm) para cada período de coleta.
Da mesma forma, também não foram observadas alterações significativas dos níveis de CO2 em função dos tempos de coleta, sendo este mais um indício de que não houve influência do tempo de navegação na concentração de dióxido de carbono nos locais analisados.
3.2 Umidade relativa (UR)
Os percentuais de UR observados no convoo e no hangar foram superiores aos observados nos demais locais analisados. A academia e o rancho foram os locais que apresentaram maiores variações de umidade. Nenhum dos locais apresentou outliers que distanciassem a média da mediana de larga escala (Figura 6). O convoo, onde foi registrado uma UR média próxima a 75%, está diretamente exposto à condensação de água do mar, enquanto os demais ambientes, apresentaram valores médios em torno de 65 e 70%. As maiores variações observadas no rancho podem estar relacionadas ao vapor de cozimento e/ou de atividades de limpeza. Como o rancho fica muito próxima à academia, a dispersão do vapor pode ter influenciado também nas variações deste ambiente (Figura 6).
Figura 6. Diagrama de caixa da umidade relativa com valores (%) em cada local de amostragem.
Foi observada uma tendência crescente dos valores das médias dos percentuais de umidade ao longo dos ciclos 1 a 3. A mesma tendência não é observada quando as medianas são consideradas (Figura 7). Excluindo os dados registrados no convoo, foi observada uma tendência crescente da média e da mediana ao longo dos ciclos. Os valores tidos como outliers foram observados nos ciclos 2, 3 e 4 que demonstram valores baixos de umidade observados no T0 (0h) no rancho. Os intervalos interquartis das porcentagens de umidade diminuíram ao longo dos ciclos, indicando variações menores ao longo do tempo (Figura 7).
Figura 7. Diagrama de caixa da umidade relativa (%) para cada ciclo.
Apesar do leve aumento na porcentagem de umidade do período T0 para o T1 e da redução logo após esse período, não foram observadas alterações significativas de UR em função dos tempos de coleta (Figuras 8). Não foi observado padrão de variação da média ou mediana em relação ao percentual de umidade dos horários analisados. Ademais, como os tempos de coleta não estavam atrelados à rotina de bordo, é possível que as algumas amostragens tenham sido realizadas em momentos de baixa atividade laboral, o que poderia explicar o valor atípico mais baixo na cozinha no T0 se contrapondo a sua média registrada em relação aos demais ambientes (Figura 8).
Figura 8. Diagrama de caixa da umidade relativa (%) para cada tempo de coleta.
3.3 Temperatura
As temperaturas observadas no rádio CCM foram notavelmente menores do que as dos outros locais analisados. O rancho tende a apresentar as maiores temperaturas (Figura 9).
Figura 9. Diagrama de caixa de temperatura (°C) em cada local de amostragem.
O Centro de Controle de Máquinas (CCM) é um local onde se reúnem diversos equipamentos com as informações obtidas por instrumentos de controle do navio e tem como finalidade mostrar ao pessoal do serviço as condições nas quais se encontra o rendimento das máquinas, realizar o controle da propulsão e orientar o pessoal para a realização de possíveis reparos. Os equipamentos eletrônicos que compõem o CCM demandam uma temperatura controlada, por isso, há uma maior preocupação com o funcionamento do sistema de ar condicionado desse local, o que reflete nas temperaturas mais baixas que foram observadas em relação aos demais ambientes. Além disso, é um compartimento fechado e de acesso restrito, o que contribui para evitar variações de temperatura que poderiam ser eventualmente ocasionadas pela abertura da porta.
Temperaturas mais elevadas foram observadas no Ciclo 3. Nesse ciclo, valores extremos com altas temperaturas (29°C) foram observados na cozinha e no hangar no T0; e no convoo e na academia no T2 (Figuras 10).
Figura 10. Diagrama de caixa de temperatura (°C) para cada ciclo.
As temperaturas médias aumentaram do ciclo 1 ao 3. Do ciclo 3 ao ciclo 4, as temperaturas em alguns locais, como o hangar e passadiço, mantiveram a tendência de aumento. Esse período marcou o início do retorno da missão, com saída do verão libanês (ciclo 3) para chegada no verão brasileiro (ciclo 4). Esses dois locais de coleta são aqueles que recebem maior incidência de sol, sendo natural que o registro se apresente aumentado nessa época do ano. A coberta-SO manteve a média anterior, e os demais (academia, convoo, rádio CCM e rancho) apresentaram redução das médias de temperaturas (Figura 11).
Figura 11. Gráfico de linhas da temperatura média (°C), por local de coleta e por ciclo.
Os valores das médias e medianas da temperatura aumentaram no T0, T1 e T2, e reduziram no T3 (Figura 12).
Figura 12. Diagrama de caixa da temperatura (°C) para cada tempo de coleta.
Não foi observado padrão de variação da média ou mediana em relação à temperatura nos horários analisados. As atividades da cozinha do rancho naturalmente geram calor e, por proximidade, há a propagação de parcela desse calor gerado para a academia. Não havendo o registro acerca das atividades que estavam sendo exercidas nos momentos das amostragens e que poderiam ocasionar maiores variações na temperatura, não foi possível estabelecer uma correlação mais robusta. Mas, a partir dos resultados encontrados, torna-se evidente que o tempo de navegação não se configura em parâmetro adequado para avaliação das alterações de temperatura.
3.4 Material particulado fino (PM2.5)
Os níveis de PM2,5 foram maiores no passadiço e no rádio-CCM. No convoo os níveis de PM2,5 foram notavelmente inferiores aos dos outros locais analisados (Figura 13).
Figura 13. Diagrama de caixa de PM2,5 em cada local de amostragem.
No convoo, por ser um ambiente externo do navio, era de fato esperado que fossem detectados níveis mais baixos de material particulado, em decorrência da dispersão promovida pelas correntes de vento. A concentração de PM2.5 é significativamente influenciada pela ventilação e pela intensidade da atividade laboral. Por isso, os dados coletados no Passadiço e no rádio-CCM podem ter sido em períodos de maior atividade de trabalho. Uma tendência crescente nos níveis de PM2,5 foi observada ao longo dos ciclos (Figura 14). Como a poluição externa tem correlação direta com a concentração de material particulado, é possível que os portos, nos quais o navio esteve atracado ao longo de seu curso e que consequentemente deram origem aos ciclos, tivessem sido também regiões com uma tendência crescente de contaminação atmosférica por material particulado fino.
Figura 14. Diagrama de caixa de PM2,5 para cada ciclo.
Não houve padrão de variação da média ou mediana dos níveis de PM2.5 nos tempos de coleta analisados (Figuras 15).
Figura 15. Diagrama de caixa de PM2.5 para cada tempo de coleta.
Sabidamente a queima de combustíveis fósseis eleva os níveis de material particulado. No entanto, como não houve um padrão de variação significativa ao longo dos períodos, pode-se inferir que outros fatores, que não o tempo de navegação, possam exercer maior influência nas variações dos níveis de PM2.5. A ventilação, a natureza das atividades de trabalho exercidas no momento da coleta e o quantitativo de pessoal envolvido nessas atividades são alguns dos fatores que podem influenciar na liberação e dispersão de material particulado.
3.5 Benzeno e tolueno
Valores de benzeno (Figuras de 16A a 16C) e tolueno (Figuras de 16D a 16F) tidos como outliers foram observados respectivamente em todos os locais (Figuras 16A e 16D), todos os ciclos (Figuras 16B e 16E) e em todos os tempos de coleta (Figura16C e 16F).
Figura 16. Diagramas de caixa do benzeno e do tolueno (g/m3) por local, por ciclo e por cada tempo de amostragem.
Em todos os ambientes, ciclos e períodos os valores médios estiveram próximos entre si, mas muito abaixo do limite aceitável para exposição ao benzeno (TLV = 60 mg/m3). É importante que seja dada a devida atenção aos valores discrepantes também encontrados em todos os locais, ciclos e períodos. Como não houve registro relacionado às atividades que estavam sendo desenvolvidas ou a qualquer intercorrência nos momentos de coleta, pode ter tido perda de informação que pudesse explicar os valores discrepantes. Por isso, é essencial que este tipo de análise seja melhor avaliada levando-se em consideração as intercorrências e, principalmente, a rotina de bordo no momento das coletas.
Da mesma maneira como foi observado para o benzeno, em todos os ambientes, ciclos e períodos os valores medianos estiveram bem abaixo do limite aceitável para exposição ao tolueno (TLV = 175,37 mg/m3). No entanto, novamente, os outliers podem ser indícios da possibilidade de perda de informações importantes acerca das atividades de bordo nos momentos das coletas.
3.6 Etilbenzeno e xilenos
Da mesma forma, para o etilbenzeno (Figuras de 17A a 17C) e xilenos (Figuras de 17D a 17F), outliers e valores médios próximos foram observados, respectivamente, em todos os locais (Figuras 17A e 17D), ciclos (Figuras 16B e 17E) e tempos de amostragem (Figuras 17C e 17F).
Figura 17. Diagramas de caixa do benzeno e do tolueno (g/m3) por local, por ciclo e por cada tempo de amostragem.
As concentrações encontradas de etilbenzeno ficaram abaixo dos limites aceitáveis para a exposição a esse composto (TLV = 86.84 mg/m3). Mais uma vez, os outliers levantam um alerta sobre a possibilidade de que informações cruciais a respeito das atividades de bordo durante as coletas podem ter sido negligenciadas.
Não apenas para os xilenos (Figura 17D), mas, de modo geral, as medianas observadas no rádio-CCM, para todos os compostos do BTEX, estão entre as mais baixas o que pode ser explicado pela intensa utilização de ar condicionado nesse ambiente fazendo com que as temperaturas mais baixas dificultem a liberação de compostos orgânicos voláteis.
Em relação aos xilenos, mesmo com os valores discrepantes observados, especialmente no convoo, em todos os locais, ciclos e períodos (Figuras de 17D a 17F), os níveis estiveram abaixo dos limites aceitáveis (TLV = 434,19 mg/m3). O mesmo padrão se repete em relação a diferença não significativa entre as medianas. Reiterando o que já foi mencionado para os demais compostos do BTEX, os valores extremos dos xilenos novamente acendem o alerta para a possibilidade de perda de informações essenciais sobre as atividades de bordo durante as coletas. Essa preocupação abordada anteriormente para os outros compostos avalizados, reforça a importância de monitorar esses dados e qualquer parâmetro de influência sobre eles nos momentos de coleta.
4. Conclusão
Uma atmosfera estável limita a dispersão de poluentes e favorece picos de poluição, enquanto as correntes de ar tornam a dispersão mais efetiva, o que ficou claramente evidenciado pelas informações obtidas principalmente no convoo, no rancho e na academia. Da mesma forma que o aumento da temperatura pode favorecer a liberação de COV, temperaturas mais baixas, como as observadas no rádio-CCM, dificultam essa liberação. Ao contrário do que se esperava, foi observado que houve pouca influência da alteração da composição atmosférica em função do tempo de navegação (com os motores em funcionamento). Infere-se então que as rotinas de bordo, que em geral não ocorrem em função do tempo de navegação — pois o navio pode suspender a qualquer hora do dia ou da noite —, mas, sim, em função de horários específicos atrelados a estas rotinas, podem preponderantemente influenciar na IAQ. Assim, foi possível identificar a importância de as amostragens ocorrerem em função da rotina de bordo e mediante registro em diário contendo todas as informações do que estiver acontecendo em cada ambiente no momento da coleta e que possam ser relevantes para provocar alterações na atmosfera. Como por exemplo: as intercorrências, a natureza da atividade laboral exercida naquele dado momento e o número de pessoas presentes no ambiente. Com isso, serão obtidos dados importantes para um entendimento mais amplo e robusto acerca dos fatores que podem influenciar na IAQ. Em todos os ambientes, ciclos e períodos de coleta, os valores encontrados referentes às concentrações de CO2, PM2.5, benzeno, etilbenzeno, tolueno e xilenos foram inferiores aos limites de exposição considerados aceitáveis. Apesar disso, o monitoramento contínuo da qualidade do ar torna-se indispensável para determinar a exposição da tripulação aos IAP. Mais estudos são necessários para investigar os fatores de risco à saúde relativos a essa exposição. É fundamental também ampliar o escopo do trabalho para detecção de outros poluentes atmosféricos, como monóxido de carbono, hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA), metais e hidrocarbonetos alifáticos, que também podem afetar a saúde da tripulação. Durante o desenvolvimento deste trabalho, um estudo preliminar para identificação de HPA foi realizado nos mesmos locais de coleta do BETX e os resultados obtidos apontaram para uma baixa concentração destes compostos, ficando abaixo dos limites aceitáveis pelas normas vigentes. Estes resultados preliminares com HPA abrem caminho para a sua implementação na próxima etapa de trabalho na busca de uma investigação mais aprofundada e conclusiva.
As limitações de metodologia de amostragem que foram identificadas se mostraram cruciais para o aprimoramento e a continuidade dessa nova linha de pesquisa que se inicia na Marinha do Brasil.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao Instituto de Pesquisas Biomédicas (IPB) da Marinha do Brasil (MB), ao Laboratório de Toxicologia do Centro de Estudos da Saúde do Trabalhador e Ecologia Humana (CESTEH) da Fundação Oswaldo Cruz (Fiocruz) e à Fundação AMARCILIO pelo apoio institucional. Agradecem também à tripulação da Fragata Independência pelo apoio ao longo da missão.
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aMarinha do Brasil, Hospital Naval Marcílio Dias (HNMD), Instituto de Pesquisas Biomédicas (IPB), CEP 20725-090, Rio de Janeiro-RJ, Brasil
bFundação Oswaldo Cruz (FIOCRUZ), Escola Nacional de Saúde Pública Sérgio Arouca (ENSP), Centro de Estudos da Saúde do Trabalhador e Ecologia Humana (CESTEH), CEP 21041-210, Rio de Janeiro-RJ, Brasil.