Tema 3.3 Emision de Gases a La Atmosfera

3.3 Gases y emisión de partículas a la atmósfera.- Nociones de carburación,

medición y control de emisiones.

Morales Teck Edgar RoelYam Colli Edwin Natanael

Cawich Yonni ZurielQuetzal Emilio Eladio

¿Qué es la atmósfera?Es la gran cápsula de aire que rodea la tierra y que permite que haya vida en este planeta. Está formada por una mezcla de diferentes compuestos que se presentan en forma de capas con sus propias características y que permiten, entre otras cosas: • Servir como filtro para la luz solar y así evitar que la energía solar

llegue directamente a la tierra.

• Mantener un equilibrio de la temperatura óptima para hacer posible la vida.

• Suministrar aquellos elementos necesarios para la vida, por ejemplo, los necesarios para la respiración.

• La existencia de fenómenos tales como las lluvias, vientos, etc. necesarios para la vida.

CONCEPTO DE CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

• tiempo de residencia. Es el tiempo de presencia en la atmósfera de un contaminante. Este tiempo de residencia depende de:– Lavado de la atmósfera que pueda efectuar el agua.– La capacidad del medio para dispersar el contaminante (viento)– Reactividad del contaminante (el contaminante puede reaccionar

con otros compuestos).

• Efectos de la contaminación– Sobre las estructuras– Sobre los seres vivos– Sobre las propiedades intrínsecas

de la atmósfera

CICLO DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA


EMISIÓN

TRANSPORTE

TRANSFORMACIÓN

INMISIÓN

TIPOS DE EMISIONES A LA ATMÓSFERA


• Procesos de origen natural:– Origen marino (brisas del océano).– Origen vegetal (pólenes y esporas).– Origen microbiano (bacterias existentes en la atmósfera).– Otros orígenes (Erosión eólica de la superficie terrestre, meteoritos,

erupciones volcánicas, incendios forestales).

TIPOS DE EMISIONES A LA ATMÓSFERA


• Procesos forzados por la intervención humana (emisiones artificiales):– De origen urbano– De origen industrial.

• Estos procesos pueden ser debidos a:– Focos móviles de emisión– Focos fijos de emisión (vehiculados o no)

CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS


• Un contaminante es el nombre que recibe toda sustancia, o forma de energía ajena a la composición de la atmósfera que pasa a ella y permanece allí durante un tiempo. En esta categoría también se incluye todas aquellas sustancias que conforman la atmósfera pero que se presentan en concentraciones superiores a las naturales.

CLASIFICACIÓN DE LOS CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS


• La mejor manera de clasificarlos es según su procedencia.– Contaminantes primarios: aquellos que proceden directamente de

las fuentes de emisión .– Contaminantes secundarios: los que se generan a partir de los

anteriores por reacciones químicas en la atmósfera.

CLASIFICACIÓN DE LOS CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS


• Según su composición química, los más importantes son: – Partículas: según el tamaño, son

• sedimentables (> 30 µm), • partículas en suspensión (< 30 µm), • partículas respirables (< 10 µm), o • humos (< 1 µm).

– Compuestos de azufre: SO2, H2S, H2SO4 mercaptanos, sulfuros ...

– Compuestos de nitrógeno: NO, NO2, NOx, NH3 ...

– Compuestos de carbono: CO, CO2, CH4, HCT ...

– Halógenos y compuestos halogenados: Cl2, HCl, HF, CFC ...

– Oxidantes fotoquímicos: O3, peróxidos, aldehídos...

PRINCIPALES CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS


SO2 (dióxido de azufre)

CaracterísticasFuentes emisoras antropogénicas

Gas incoloro y de olor fuerte y sofocante

En una atmósfera húmeda se transforma en ácido sulfúrico y causa la deposición ácida

A partir de concentraciones >0.1 ppm tiene lugar una importante reducción de la visibilidad

Refinerías de petróleo Transporte: principalmente

vehículos de gasóleo Centrales térmicas Combustión de carburantes:

líquidos y sólidos Cementeras



NO2 (dióxido de nitrógeno)

Características Fuentes emisoras antropogénicas

Gas de color amarronado y de olor irritante

Tóxico a otras concentraciones

Interviene en la formación de la niebla fotoquímica

Transporte Centrales térmicas Combustión de carburantes:

gas natural, líquidos y sólidos Incineradoras Cementeras Fábricas de vidrio Refinerías



O3 (ozono)


Gas incoloro y de olor agradable

Muy oxidante e irritante

Es un contaminante secundario; es decir, no es emitido por ningún foco

De origen fotoquímico; es decir, se forma debido a la acción de la luz solar y en presencia de óxidos de nitrógeno e hidrocarburos



H2S (sulfuro de hidrógeno)


Gas incoloro y de olor fuerte (olor a huevos podridos)

Límite olfativo muy bajo (a partir de 2 ppb)

Tóxico a otras concentraciones y a exposiciones cortas

Fabricación de pasta de papel

Refinerías Industria de curtidos Depuradoras de aguas

residuales



CO (monóxido de carbono)

Características Fuentes emisoras antropogénicas Gas inodoro e incoloro Tóxico a otras concentraciones y a

exposiciones cortas Gran indicador del tráfico

Transporte: principalmente vehículos de gasolina

Centrales térmicas Combustión de carburantes: gas

natural, líquidos y sólidos Incineradoras Cremaciones agrícolas Refinerías Cementeras Fábricas de vidrio y de cerámica



PST (partículas totales en suspensión)


Materia en suspensión en el aire ST: partículas de diámetro <30µm PM10: partículas de diámetro <10µm HN (humos negros): partículas de

diámetro <1µm

Centrales térmicas Funderías Procesos de molturación Incineradoras Plantas asfálticas Fábricas de vidrio Fábricas de cerámica Combustión de carburantes: líquidos y

sólidos Transporte: principalmente vehículos

de gasolina Cementeras y minerías Extracción de áridos Cremaciones agrícolas Refinerías



HCT (hidrocarburos totales)Características Fuentes emisoras antropogénicas

Familia de compuestos formados por hidrógeno y carbono

Intervienen en la formación de la niebla fotoquímica

Combinados con otros elementos provocan problemas de malos olores

También denominados VOC (compuestos orgánicos volátiles)

Evaporaciones y combustiones de materia orgánica

Transporte Fabricación de pinturas Pérdidas en procesos industriales Refinerías Industria química Depuradoras de aguas residuales Industria de curtidos Industria que usa disolventes



Pb (plomo)


Metal pesado, sólido, que queda en suspensión con las partículas


Indicador del tráfico de vehículos ligeros (gasolina)

Vehículos de gasolina Funderías de recuperación

de plomo Fábricas de cerámica



Cl2 (cloro)


Gas de color amarillo verdoso y de olor sofocante


Petroquímicas Industria química



HCl (cloruro de hidrógeno)


Gas incoloro de olor intenso e irritante

Petroquímicas Industria química Procesos de limpieza y

decapado de metales Incineradoras



HCl (cloruro de hidrógeno)


Gas incoloro de olor intenso e irritante

Petroquímicas Industria química Procesos de limpieza y

decapado de metales Incineradoras



Metales pesados


Sólidos que quedan en suspensión con las partículas

Presentan toxicidad distinta dependiendo del metal

Fábricas de vidrio Funderías Incineradoras



Principales fuentes emisoras antropogénicas

SO2 NO2 CO H2S COV HCl Cl2 PST Pb Otros

metales pesados

Centrales térmicas x(1) x x x(1)

Cementeras x x x x

Cremaciones agrícolas x x

Depuradoras de aguas residuales x x

Extracción de áridos y minería x

Fábricas de cerámica x x x x

Fábricas de vidrio x(1) x x x x

Fabricación de pinturas x

Fabricación de pasta de papel x x

Funderías x x(2) x

Incineradoras x x x x x



Principales fuentes emisoras antropogénicas

SO2 NO2 CO H2S COV HCl Cl2 PST Pb Otros

metales pesados

Industria de curtidos x x

Industria química x x x

Industria que usa disolventes x

Plantas asfálticas x

Procesos de combustión: gas natural

x x

combustibles líquidos y sólidos x x x x

Procesos de molturación x

Refinerías x x x x x x

Transporte: gasolina

x x x x x

gasóleo x x x x

sin plomo x x x x

PREVENCIÓN Y CORRECCIÓN DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA


• A la hora de prevenir la contaminación atmosférica es necesario mencionar dos grupos de medidas principalmente:– Medidas de prevención o minimización.

– Medidas de depuración de los contaminantes emitidos.



• Medidas de prevención o minimización.– Permiten eliminar el problema antes de que esté se produzca.

– Son medidas generalmente más económicas y mejores a nivel medioambiental.

– Muchas de estas medidas de minimización están relacionadas con el cambio de los combustibles que se utilizan y con ahorro energético.



• Medidas de prevención o minimización.– Empleo de combustibles de bajo contenido en azufre (empleo de gas

natural como combustible).

– Mejora de las condiciones de combustión.

– Ahorro energético en general.

– Sustitución de sustancias agresivas con la atmósfera (halón, refrigerantes, disolventes, aerosoles, etc.)



• Medidas de depuración de los contaminantes emitidos.– Permiten retener parte de los contaminantes emitidos a la

atmósfera.

– Son medidas generalmente más caras y por supuesto menos eficientes a nivel medioambiental.



• Medidas de depuración de los contaminantes emitidos.– Existen multitud de sistemas de depuración de gases entre los que

podemos citar:• Sistemas de separación de partículas (filtros de

partículas, ciclones, electrofiltros, etc.).

• Sistemas de separación de gases (absorción de gases por lavado vía húmeda, combustión - incineración, etc.)

PROBLEMAS ORIGINADOS POR LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA


• La contaminación atmosférica está directamente relacionada con tres de los principales males del planeta:– El efecto invernadero.

– La destrucción de la capa de ozono.

– La lluvia ácida.

EFECTO INVERNADERO


• CONCEPTO– Se denomina así al efecto producido en la atmósfera por un cierto

tipo de gases que impide a una gran parte de las radiaciones de calor de gran longitud de onda propagarse en la atmósfera.

EFECTO INVERNADERO


• CAUSAS– Los gases que provocan el efecto invernadero son, principalmente, el

dióxido de carbono, el metano, el óxido de nitrógeno, los hidrocarburos clorofluorados (CFC’s) y el ozono troposférico.

– El dióxido de carbono, generado al quemar combustibles fósiles (petróleo, gas, carbón), tiene la propiedad de absorber la luz; por eso, cuando aumenta su concentración en la atmósfera también se incrementa la temperatura promedio en la Tierra, al generarse un fenómeno análogo al provocado por las paredes de un invernadero.

EFECTO INVERNADERO


• CAUSAS– La mayor parte de las contribuciones al logro de este efecto de

recalentamiento del Planeta se debe al consumo de energía (combustibles fósiles).

EFECTO INVERNADERO


• CONSECUENCIAS– Como resultado de este

fenómeno se produce una elevación de las temperaturas en la superficie de la Tierra y en la baja atmósfera, y una disminución en la alta, que conlleva importantes cambios climáticos.

EFECTO INVERNADERO


• CONSECUENCIAS– El efecto invernadero siempre existió en nuestro planeta; pero, al

aumentarse artificialmente y en forma abrupta la concentración de dióxido de carbono, se está alterando el balance hasta ahora natural entre la energía que nos llega desde el Sol (siempre la misma) y la vuelta a emitir hacia el espacio (ahora menos), produciendo como consecuencia un recalentamiento que determinará un ascenso del nivel del mar y desequilibrios climáticos impredecibles.

EFECTO INVERNADERO


• CONSECUENCIAS

AGUJERO EN LA CAPA DE OZONO


• CONCEPTO– El empobrecimiento de la capa de

ozono o también denominado agujero de la capa de ozono consiste en la disminución de la concentración de ozono en la estratosfera.



• CAUSAS– La principal causa de la aparición de esta situación es la utilización

de vaporizadores que contienen Clorofluorocarbonados (CFC’s), empleados como propulsores de aerosoles, solventes y refrigeradores.



• CONSECUENCIAS– Este fenómeno tiene como

consecuencia un aumento de la cantidad de rayos ultravioleta que llegan a la superficie de la tierra, con los subsiguientes efectos nocivos para la salud del hombre y los ecosistemas acuático y terrestre.

LLUVIA ÁCIDA


• CONCEPTO– Se denomina lluvia ácida a la acidificación de las precipitaciones que

se produce por la reacción en la atmósfera entre el agua y dos agentes contaminantes: el dióxido de azufre (SO2) y el óxido de nitrógeno (NO2). Esta asociación origina ácido sulfúrico en el primer caso y ácido nítrico en el segundo, que se disuelven en vapor de agua de las nubes, arrastrándose con las precipitaciones.

LLUVIA ÁCIDA


• CAUSAS– Este fenómeno se origina por la reacción en la atmósfera entre el

agua y el dióxido de azufre o el óxido de nitrógeno.

– Este fenómeno se debe por tanto también al consumo de energía (consumo de combustibles fósiles).

LLUVIA ÁCIDA


• CONSECUENCIAS– Este fenómeno ha provocado ya

importantes daños en la fauna, en la calidad del suelo y de las aguas y en las masas forestales de una buena parte del Planeta, amenazando a otras dado la facilidad de traslado a zonas muy alejadas del foco productor de los contaminantes.



• A la hora de prevenir la contaminación atmosférica es necesario mencionar dos grupos de medidas principalmente:– Medidas de prevención o minimización.

– Medidas de depuración de los contaminantes emitidos.



• Medidas de prevención o minimización.– Permiten eliminar el problema antes de que esté se produzca.

– Son medidas generalmente más económicas y mejores a nivel medioambiental.

– Muchas de estas medidas de minimización están relacionadas con el cambio de los combustibles que se utilizan y con ahorro energético.



• Medidas de prevención o minimización.– Empleo de combustibles de bajo contenido en azufre (empleo de gas

natural como combustible).

– Mejora de las condiciones de combustión.

– Ahorro energético en general.

– Sustitución de sustancias agresivas con la atmósfera (halón, refrigerantes, disolventes, aerosoles, etc.)



• Medidas de depuración de los contaminantes emitidos.– Permiten retener parte de los contaminantes emitidos a la

atmósfera.

– Son medidas generalmente más caras y por supuesto menos eficientes a nivel medioambiental.



• Medidas de depuración de los contaminantes emitidos.– Existen multitud de sistemas de depuración de gases entre los que

podemos citar:• Sistemas de separación de partículas (filtros de

partículas, ciclones, electrofiltros, etc.).

• Sistemas de separación de gases (absorción de gases por lavado vía húmeda, combustión - incineración, etc.)

Acciones correctoras:• Proceso de absorción• Basan su funcionamiento en el hecho de que los gases residuales están

compuestos de mezclas de sustancias en fase gaseosa, algunas de las cuales son solubles en fase líquida. En el proceso de absorción de un gas, el efluente gaseoso que contiene el contaminante a eliminar se pone en contacto con un líquido en el que el contaminante se disuelve. La transferencia de materia se realiza por el contacto del gas con el líquido en lavadores húmedos o en sistemas de absorción en seco.

• Proceso de adsorción• Una alternativa a los sistemas de absorción por líquido lo constituye la

adsorción de los contaminantes sobre sólidos. En los procesos de adsorción los gases, vapores y líquidos se retienen sobre una superficie sólida como consecuencia de reacciones químicas y/o fuerzas superficiales. Se produce una difusión desde la masa gaseosa hasta la superficie externa del sólido y de las moléculas del gas dentro de los poros de sólido seguida de la adsorción propiamente dicha de las moléculas del gas en la superficie del sólido. Los sólidos más adecuados para la adsorción son los que presentan grandes relaciones superficie-volumen, es decir, aquellos que tienen una elevada porosidad y área superficial para facilitar el contacto sólido-gas: tierra de Fuller, bauxita, carbón activado, alúmina activada, tamices moleculares, etc. Periódicamente, es necesaria la sustitución o regeneración del adsorbente para que su actividad no descienda de determinados niveles.

• Colectores inerciales. Ciclones• Están formados básicamente por un recipiente cilíndrico vertical donde se introduce tangencialmente el

gas portador, cargado de partículas de polvo. La corriente se desvía en círculo y por efecto de la fuerza centrífuga, las partículas se lanzan al exterior al formar la mezcla gaseosa un remolino vertical descendente. Esta corriente en espiral del gas cambia de dirección al llegar al fondo del recipiente y sale por el conducto situado en el eje. Los ciclones son dispositivos útiles y baratos para la captación en seco de polvo ligero o grueso. Sin embargo, la eficiencia de captación de estos equipos es muy baja, sobre todo, en la eliminación de partículas pequeñas, por lo que su utilización se reduce, por lo general, a desempolvado previo al paso de los gases por un sistema más eficaz.

• Precipitadores electrostáticos• Los precipitadores electrostáticos basan su principio de funcionamiento en el hecho de cargar

eléctricamente las partículas, para una vez cargadas someterlas a la acción de un campo eléctrico que las atrae hacia los electrodos que crean el campo, depositándose sobre ellos. Los precipitadores más utilizados a escala industrial son los de diseño de etapa única, por su gran capacidad de tratar gases con concentraciones de polvo muy altas. Estos precipitadores pueden separar cualquier tipo de sustancia en forma de partículas, alcanzando eficacias superiores al 99%, siempre que la resistividad eléctrica de las partículas no sea demasiado alta, en este caso será necesario acondicionar la corriente gaseosa con la adición de determinados productos.

• Filtros industriales• El sistema de filtros consiste en hacer pasar una corriente de gases cargados con partículas de

polvo a través de un medio poroso donde queda atrapado el polvo. El filtro de mangas ha sido uno de los más utilizados durante los últimos años, ya que pueden tratar grandes volúmenes de gases con altas concentraciones de polvo. Con este tipo de equipos pueden conseguirse rendimientos mayores del 99%, independientemente de las características de gas, haciendo posible la separación de partículas de un tamaño del orden de 0.01 micras. Conforme pasa el gas, la capa de polvo depositado sobre el material filtrante, que colabora en el proceso de interceptación y retención de partículas de polvo, se va haciendo mayor, aumentando la resistencia al flujo y la pérdida de carga, lo que obliga a disponer de mecanismos para la limpieza automática y periódica del filtro. Hoy en día, el filtro cerámico ha adquirido una mayor importancia en los procesos de depuración de gases. La eficacia filtrante de este tipo de filtros es muy cercana al 100%, excepto si las partículas son de tamaño submicrónico en su mayor parte, o el tamaño del gránulo o fibra que forman el filtro cerámico es grande.

• Lavadores y absorbedores húmedos

• Los lavadores y absorbedores húmedos son equipos en los que se transfiere la materia suspendida en un gas portador a un líquido absorbedor en la fase mezcla gas-líquido, debido a la colisión entre las partículas de polvo y las gotas de líquido en suspensión en el gas.

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