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I
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA DE POSGRADO
UNIDAD DE POSGRADO EN INGENIERÍA
FORMULACION DE PROPUESTA DE LAVADO DE GASES DE COMBUSTION
EN LAS EMISIONES DE LAS CHIMENEAS DE POLLERIAS
DE LA CIUDAD DE TRUJILLO, PERU
TESIS
PARA OBTENER EL GRADO ACADÉ MICO DE
MAESTRO EN CIENCIAS
CON MENCIÓN EN
GESTIÓN DE RIESGOS AMBIENTALES Y SEGURIDAD
EN LAS EMPRESAS
AUTOR: Br. ARQUÍMEDES IPARRAGUIRRE LOZANO
ASESOR: Dr. HERNÁN ALVARADO QUINTANA
TRUJILLO – PERÚ
2016 N° de Registro…………..
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Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
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II
JURADO DICTAMINADOR
………………………………………………………
Dr. SEGUNDO SEIJAS VELÁSQUEZ
PRESIDENTE
………………………………………………………
Dr. HEBER MAX ROBLES CASTILLO
SECRETARIO
………………………………………………………
Ms. LUIS ANDRÉS ALVARADO LOYOLA
ACCESITARIO
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III
DEDICATORIA
A dios que es quién ilumina y guía mi camino.
A mis hijos que son mi motor para seguir adelante, a mis padres que con su
apoyo incondicional han logrado acompañarme en cada paso dado hasta lograr
este objetivo trazado.
A mi abuela, quien me demostró que con su fortaleza y su cariño transmitía que
todo lo que uno quiere lo puede lograr.
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IV
AGRADECIMIENTO
Quisiera plasmar estas líneas el ofrecimiento y mi gratitud a todas aquellas
personalidades quienes con el otorgamiento de su invalorable confianza han
propiciado grandemente en la implementación de esta Tesis.
Al Dr. Hernán Alvarado Quintana, Asesor de la Investigación, quien con sus
acertados consejos, supervisión y revisiones periódicas, según avance, ha
brindado en todo momento, el apoyo y motivación imprescindibles.
Relevo el interés hacia este humilde Trabajo del gran maestro y mejor
amigo Dr. Segundo Seijas Velásquez de quien debo reconocer muy
especialmente sus fortalezas transmitidas, su talentoso aporte brindado y la
inserción de valiosas connotaciones finales.
Precisare merecimiento a todos mis distinguidos docentes quienes con su
excelencia académica han sabido dar prevalencia a los objetivos institucionales
trazados por la Universidad Nacional de Trujillo para esta Maestría, a mis
compañeros de clase de la escuela de Post-Grado por haber compartido
durante 02 años esta desafiante experiencia de formación para la investigación
A todos ustedes, muchas gracias
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V
PRESENTACION
SEÑORES MIEMBROS DEL JURADO:
Cumpliendo con las normas que rigen el grado y título de la Universidad
Nacional de Trujillo – Escuela de post- grado, pongo a su criterio la tesis
titulada “FORMULACION DE PROPUESTA DE LAVADO DE GASES DE
COMBUSTION EN LAS EMISIONES DE CHIMENEAS DE LAS POLLERIAS
DE LA CIUDAD DE TRUJILLO, PERU” la que estoy presentando con la
finalidad de optar el Grado Académico de Maestro en Ciencias con mención en
Gestión de Riesgos Ambientales y de Seguridad en las Empresas.
Espero que la tesis cumpla con los requisitos establecidos y pueda contribuir
con aportes significativos a la comunidad científica, no solo cuidando el medio
ambiente si no estimulando acciones que mejoren la ecología y
consecuentemente la calidad de vida de nuestro medio.
Br. ARQUIMEDES IPARRAGUIRRE LOZANO
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VI
ÍNDICE
PAG.
CARATULA ................................................................................................. i
JURADO DICTAMINADOR ........................................................................ ii
DEDICATORIA ........................................................................................... iii
AGRADECIMIENTOS ............................................................................... iv
PRESENTACION ....................................................................................... v
ÍNDICE ...................................................................................................... vi
RESUMEN ................................................................................................ vii
ABSTRACT .............................................................................................. viii
I. INTRODUCCION ................................................................................. 1
II. MATERIAL Y MÉTODOS ................................................................... 19
III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ............................................................ 30
IV. CONCLUSIONES ............................................................................... 47
V. RECOMENDACIONES ........................................................................ 48
VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................... 49
ANEXOS .................................................................................................. 51
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VII
RESUMEN
El presente trabajo tuvo como principal objetivo proponer un sistema de lavado
de gases de combustión proveniente de chimeneas de hornos de pollos a la
brasa en la ciudad de Trujillo con la finalidad de disminuir las emisiones, para
ello se efectuó previamente una evaluación de los gases de combustión a la
salida de la chimenea de los hornos en pollerías de mayor concurrencia del
público en la ciudad de Trujillo: Pollería Rocky, Pollería Norky’s y Pollería
Bolívar.
Se describieron los principales problemas que generan los gases de
combustión al medio ambiente, se determinó el porcentaje de CO2, volátiles y
cenizas volantes en en cada una de las pollerías diagnosticadas. Se planteó
una formulación de propuesta basada en las normas de medio ambiente, viable
y efectiva de lavado de gases de combustión como una solución a los
principales problemas que se presentan en la emisión de gases de combustión
de las chimeneas de las pollerías de la ciudad de Trujillo.
Se determinó como resultados que el lavador de gases deberá emplear un
promedio de 25,16 kg de agua ⁄ kg de gases, equivalente a 2,3 L de agua ⁄ kg
de carbón, con una presión de descarga de 0, 42 bar y un promedio de 2,00 kg
de agua por kg de cenizas volantes.
Palabras claves: Gases de combustión, hornos de pollos a la brasa, lavado de
gases.
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VIII
ABSTRACT
His work had as main objective to propose a system for washing combustion
gases from fireplaces ovens grilled chicken in the city of Trujillo in order to
reduce emissions, to do an assessment of the gas previously made combustion
at the exit of the chimney furnaces in pollerías most crowded public in the city of
Trujillo: Rocky Poultry, Poultry and Poultry Norky's Bolivar.
The main problems generated by the combustion gases to the environment
described, the percentage of CO2, volatile and fly ash was determined in each
of the pollerías diagnosed. a formulation of proposal based on environmental
standards, viable and effective washing of flue gas as a solution to the main
problems encountered in the emission of combustion gases from the smok
estacks of polleria city raised Trujillo.
Results was determined as the scrubber must use an average of 25.16 kg water
/ kg of gas, equivalent to 2.3 L of water / kg of coal, with a discharge pressure of
0, 42 bar and 2.00 kg average water per kg of fly ash.
Keywords: Combustion gases, ovens grilled chicken, washed gas.
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I. INTRODUCCIÓN
En el contexto de las actividades de gestión ambiental en el país, se publicó
en el año 2001 el D.S. Nº 074-2001-PCM: Reglamento de Estándares
Nacionales de Calidad Ambiental de aire, el cual tiene por objetivo principal
proteger la salud de la población, a través de estrategias para alcanzar los
estándares progresivamente.
Con la finalidad de apoyar el cumplimiento de las responsabilidades
asignadas a la Dirección General de Salud Ambiental – DIGESA del
Ministerio de Salud, y con el objeto de integrar a esta institución en el
desarrollo del Sistema Nacional Integrado de Inventarios, es que el
Programa Nacional de Fortalecimiento de Capacidades para el Manejo del
Impacto del Cambio Climático y la Contaminación del Aire – PROCLIM, a
través de la cooperación de la Embajada Real de los Países Bajos, inicia en
Octubre del 2003 el Sub Programa IM-07: “Inventarios Locales de Gases
Contaminantes”.
El estudio se realizó en la ciudad de Trujillo cuya delimitación geográfica y
población Un elemento importante en la planeación de un inventario de
emisiones, es definir los límites geográficos del área que éste cubrirá.
Esta área por lo general se define con base en los problemas de
contaminación atmosférica que se presentan en una región. La Cuenca
atmosférica de Trujillo se encuentra dentro del Departamento de La Libertad
y pertenece a la Provincia de Trujillo, y fue determinada gracias a
información brindada por SENAMHI – La Libertad; tomando los criterios de
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amplitud de la ocupación urbana, presencia de cerros que configuran el
espacio físico desde el litoral marino hasta la cota referencial de 140
m.s.n.m. y abarcando a nueve distritos de Provincia de Trujillo que son
Huanchaco, La Esperanza, Salaverry, Laredo, Trujillo, El Porvenir, Víctor
Larco Herrera, Moche y Florencia de Mora, contando con una superficie
territorial de 1102,09 km2.
En ese sentido, la densidad poblacional para la cuenca atmosférica
corresponde a 656,74 habitantes por kilómetro cuadrado. Cabe señalar que
en el espacio geográfico delimitado se concentra aproximadamente el 98%
de la población provincial y el 48% de la población departamental.
Un indicador de la calidad del aire lo constituye el consumo de
energéticos empleados en los sectores productivos y el transporte, y
también en el sector comercial y de servicios, ya que en su mayoría los
contaminantes emitidos a la atmósfera son el resultado de la combustión de
diferentes tipos de combustibles fósiles.
En ese sentido, la identificación de las fuentes que emiten
contaminantes a la atmósfera se vuelve una actividad importante y a la vez
compleja, que demanda la instrumentación y aplicación de métodos que
permitan estimar el tipo y la cantidad de los contaminantes emitidos.
Un instrumento importante en esta tarea lo constituye el inventario de
emisiones, mediante el cual es posible identificar tanto a las fuentes
emisoras, como el tipo y cantidad de contaminantes generados como
resultado de la realización de procesos industriales y otras actividades
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específicas tales como la emisión de gases de combustión de las
chimeneas de las pollerías.
Según Lucas (2012) en su tesis “Diseño y modelado virtual de un
colector de partículas tipo “Scrubber o lavador de gases” para la industria de
acero, emitida en la Escuela Superior Politécnica del Litoral de Guayaquil –
Ecuador, que tuvo como objetivo presentar el diseño de un sistema colector
de partículas y limpiador de aire que cumpla con el requerimiento de reducir
la concentración de material particulado y contaminantes tales como NOx,
SO2 y CO los cuales se producen por la combustión en un horno de
calentamiento de acero y que son descargados a la atmósfera por medio de
una chimenea. Los lavadores de tipo húmedo son los más utilizados de los
cuales por múltiples razones se escogió el colector de partículas y lavador
de gases de tipo Venturi por su capacidad para manejar grandes volúmenes
a altas temperaturas y permite la reducción de las emisiones de partículas y
las concentraciones de los contaminantes antes citados y por las facilidades
que ofrece para su cálculo, construcción y mantenimiento.
Según Arias (2011), en su tesis: Diseño del sistema de extracción
localizado para el banco de pruebas de combustión del proyecto carbón, de
la Pontifica Universidad Católica del Perú, en el cual desarrolla el Diseño de
un sistema de extracción localizada para el Laboratorio de Carbón, que
sirva o permita la extracción de los gases producidos al momento de
realizar los ensayos ya sea con briquetas de carbón, biomasa (residuos
forestales) o cascarillas de arroz. Para capturar las partículas se desarrolla
un sistema de extracción compuesta por una campana extractora localizada
tipo Canopy (fija), el transporte de los gases y partículas se realiza por
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medio de conductos (rectangulares), codos, un sistema de regulación,
absorbidas por un ventilador centrifugo que opera a presión negativa,
pasando por los filtros de mangas (polipropileno) para la captura de
partículas y finalmente por el depurador de limpieza (lavador tipo Venturi),
se realiza el lavado de los gases extraídos.
Realizar el estudio sobre el nivel de contaminación por emisiones
gaseosas, para luego poder aplicar la propuesta de lavado de gases de
combustión y controlar los niveles de emisiones gaseosas que generan las
chimeneas de las pollerías de Trujillo y que impactan directamente en el
deterioro de la calidad del aire. Es indispensable que el estudio permita
tomar acciones de control o reducción de la contaminación por gases de
combustión arrojados por fuentes fijas, involucrando no solamente a
determinadas pollerías, municipalidad y a todos los sectores de la ciudad y
ello permitirá producir beneficios claros y permanentes a la población,
mejorando así la calidad de vida de la ciudadanía. A través de esta
investigación, se busca establecer el nivel de contaminación por emisiones
gaseosas de las chimeneas de las pollerías de la ciudad de Trujillo, para
que después de obtenido el resultado se pueda aplicar la formulación de la
propuesta de lavado de gases de combustión para la protección de la
calidad ambiental. Ello permitirá reducir el nivel de contaminación producido
por gases de combustión de las chimeneas de las pollerías de la ciudad de
Trujillo; además permitirá comprometer a la municipalidad provincial de
Trujillo por medio de la Unidad de Gestión y Control Ambiental, es el primer
interesado en realizar un estudio sobre la contaminación del aire por
emisiones gaseosas, en procura de mantener un ambiente limpio para los
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habitantes y aplicar la ordenanza tendente al control inmediato de las
fuentes contaminantes de las pollerías que existen en la ciudad.
Por lo tanto se justifica porque permitirá conocer mediante la formulación
de una propuesta el efecto de la utilización de un sistema lavador de gases
para poder disminuir las emisiones en las chimeneas de las pollerías en la
ciudad de Trujillo
La formulación del problema es el siguiente: ¿Cuál es efecto de la
implementación de un sistema de lavado de gases de combustión en las
emisiones de las chimeneas de pollerías en la ciudad de Trujillo?
La hipótesis planteada es: Se puede disminuir las emisiones gaseosas
de las chimeneas de las pollerías de Trujillo con el sistema de lavado de
gases de combustión.
El objetivo general es: Formular la propuesta de utilización de un
sistema de lavado de gases de combustión que permita disminuir las
emisiones gaseosas al medio ambiente proveniente de las chimeneas de
las pollerías de la ciudad de Trujillo.
Los objetivos específicos son:
Identificar cuáles son los niveles de contaminación de gases de
combustión arrojadas a la atmósfera por las chimeneas de las
pollerías de Trujillo.
Proponer un sistema de lavado de gases de combustión.
Cumplir con los parámetros establecidos por el MINAM según ley
general 28611.
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El aire es una mezcla de gases que rodea la atmósfera de la tierra
en una capa relativamente delgada. El 95% de concentración del
aire se encuentra dentro de los primeros 20 km. sobre el nivel del
mar, por encima de los cuales disminuye en densidad hasta
desvanecerse de manera gradual en el vacío del espacio. La parte
más baja de dicha capa, la troposfera, que tiene aproximadamente 8
km. de espesor en los polos de la tierra y cerca del doble en el
ecuador. En su mayor parte, las actividades industriales, artesanales
incluyendo las chimeneas de las pollerías, se realizan sobre la
superficie de la tierra dentro de los 2 primeros kilómetros de la
atmósfera; dichas actividades generan los contaminantes que se
filtran directamente en la troposfera donde son mezclados y
transportados. Los componentes principales del aire, nitrógeno 78%,
oxígeno 20,94% y argón 0,93% (ver TABLA 1.1), no reaccionan
entre si bajo circunstancias normales; por otro lado, las pequeñas
cantidades de helio, neón, criptón, xenón, hidrógeno y óxido nitroso
tienen poca o ninguna interacción con otras moléculas; en igual
forma, otros gases , también presentes en pequeñas cantidades, no
son químicamente inertes, sino que interactúan con la biosfera,
hidrosfera y entre ellos mismos; en consecuencia estos gases,
tienen un tiempo de permanencia en la atmósfera y concentraciones
características variables. (W. Strauss, S. J. Mainwaring. 1993).
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TABLA 1.1. Composición de aire seco en la parte más baja de la
troposfera libre de vapor de agua.
Gases
principales
Símbolo
químico
Concentración
%
Tiempo de
residencia
calculado
Nitrógeno N2 73,0 Continuo
Oxígeno O2 20,9 Continuo
Argón Ar 0,93 Continuo
Dióxido de
carbono
CO2 0,032 20 años
Fuente: (Strauus & Mainwaring, 2011)
Ésta es la concentración ambiental atmosférica y no las
concentraciones que se encuentran en áreas contaminadas.
Problemas que generan los gases de combustión
Según Carreiras (2000), los problemas que generan los gases de
combustión
Ante el requerimiento de aire limpio y puro proviene de la ciudadanía
ante el creciente problema de contaminación atmosférica originada
como consecuencia de los gases de combustión y de que las
emisiones de contaminantes a la atmósfera alteren el equilibrio
natural existente en los ecosistemas, lo cual afecta la salud de los
pobladores. La atmósfera terrestre es finita y su capacidad de auto
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depuración, aunque todavía no es muy conocida, también parece
tener sus límites. La emisión a la atmósfera de sustancias
contaminantes tales como los gases de combustión en cantidades
crecientes como consecuencia de la expansión demográfica mundial
y el progreso de la industria, han provocado ya concentraciones de
estas sustancias a nivel del suelo que han ido acompañadas de
aumentos espectaculares de la mortalidad y morbilidad, existiendo
pruebas abundantes de que, en general, las concentraciones
elevadas de contaminantes en el aire atentan contra la salud de los
seres humanos.
La contaminación del aire mediante gases de combustión constituye
más del 80%, cuyos elementos se detallan en la según las fuentes
de contaminación atmosférica se muestran en la siguiente tabla:
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TABLA 1.2. Fuentes de la contaminación atmosférica
Fuente: (Strauus & Mainwaring, 2011)
En cuanto al material participado que constituye también
contaminantes atmosféricos las cuales se clasificación por lo general
de acuerdo a su tamaño; tal como se muestra en la TABLA 1.3.
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TABLA 1.3: Clasificación de las partículas de contaminación
Entre los contaminantes generados por la combustión del carbón
vegetal se tiene el monóxido de carbono (CO).
Según Ecured (2015), el monóxido de carbono es el contaminante
del aire más abundante en la capa inferior de la atmósfera, sobre
todo en el entorno de las grandes ciudades. Es un gas incoloro,
inodoro e insípido, no irrita, no hace toser, pero es muy venenoso, su
punto de ebullición es de -192° C. Presenta una densidad del 96.5
por ciento de la del aire, siendo un gas muy ligero que no es
apreciablemente soluble en agua. Es inflamable y arde con llama
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azul, aunque no mantiene la combustión. El CO se produce
generalmente cuando usamos combustibles (como la gasolina de tu
automóvil), producimos CO. Puede ser que estés respirando altos
niveles de CO en los alrededores de calles o intersecciones muy
transitadas. Otras fuentes de CO incluyen casi cualquier objeto con
motor, plantas eléctricas que utilizan carbón, gas o petróleo, e
incineradores de basura. Dentro de tu casa, el CO puede provenir
del horno, aparato de calefacción, de una chimenea donde se
queme leña o del humo de un cigarrillo, también como resultado de
alguno de los siguientes procesos químicos: Combustión
incompleta del carbono Reacción a elevada temperatura entre el
CO2 y materiales que tienen carbono. Disociación del CO2 a altas
temperaturas. Oxidación atmosférica del metano (CH4 procedente
de la fermentación anaerobia (sin aire) de la materia orgánica.
Proceso de producción y degradación de la clorofila en las plantas.
El monóxido de carbono causa más muertes por envenenamiento en
los Estados Unidos cada año que cualquier otra sustancia. Muchos
de estos envenenamientos ocurren durante los meses con bajas
temperaturas cuando los aparatos de calefacción no son usados
debidamente o no funcionan correctamente.
Otro producto de combustión del carbón vegetal como cualquier otro
combustible lo constituye el dióxido de carbono CO2
El dióxido de carbono es un gas incoloro e inodoro, no tóxico,
más denso que el aire, que se presenta en la atmósfera en
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concentraciones que oscilan entre 250 y 400 ppm. En realidad no
puede considerarse como contaminante en sentido estricto ya que
no es tóxico, y se halla en atmósferas puras de modo natural. No
obstante, por los posibles riesgos que entraña su acumulación en la
atmósfera, como consecuencia de las alteraciones producidas en su
ciclo por las actividades humanas que pudieran dar lugar a una
modificación del clima de la Tierra, se lo considera como sustancia
contaminante.
Los óxidos de nitrógeno NOX como producto de combustión se
generan por lo general a temperaturas superiores a los 800oC
Según Ecured (2015), los contaminantes que poseen en su molécula
algún átomo de nitrógeno pueden clasificarse en tres grupos
diferentes: formas orgánicas, formas oxidadas y forma reducidas. Se
conocen ocho óxidos de nitrógeno distintos, pero normalmente sólo
tienen interés como contaminantes dos de ellos, el óxido nítrico (NO)
y el dióxido de nitrógeno (NO2). El resto se encuentra en equilibrio
con estos dos, pero en concentraciones tan extraordinariamente
bajas que carecen de importancia. El óxido nítrico (NO) es un gas
incoloro y no inflamable, pero inodoro y tóxico. El dióxido de
nitrógeno (NO2) es un gas pardo-rojizo, no es inflamable pero sí
tóxico y se caracteriza por un olor muy asfixiante. Se utiliza
normalmente la notación NOx para representar colectivamente al NO
y al NO2 implicados en la contaminación del aire. Los óxidos de
nitrógeno son liberados al aire desde el escape de vehículos
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motorizados, de la combustión del carbón, petróleo, o gas natural, y
durante procesos tales como la soldadura al arco, galvanoplastía,
grabado de metales y detonación de dinamita. También son
producidos comercialmente al hacer reaccionar el ácido nítrico con
metales o con celulosa. Los óxidos de nitrógeno son usados en la
producción de ácido nítrico, lacas, tinturas y otros productos
químicos. Los óxidos de nitrógeno se usan en combustibles para
cohetes, en la nitrificación de compuestos químicos orgánicos y en la
manufactura de explosivos.
Una alternativa medioambiental para el tratamiento de gases de
combustión constituye el lavado de gases.
Una torre lavadora es un equipo que puede remover partículas ò
gases por impacto o intercepción con un líquido lavador. Puede
remover partículas entre 0.2 y 10 micras. El principal mecanismo
utilizado por una torre lavadora para remover gases es generar una
dispersión tipo lluvia de agua para que estas sean removidas
fácilmente.
El mecanismo secundario consiste en atrapar las partículas de polvo
en una película liquida para que sean arrastrados y removidos por la
corriente liquida.
Casi todas las torres lavadoras comprenden por consiguiente una
sección de contacto gas- líquido seguida de una sección donde las
partículas húmedas son removidas por fuerzas inerciales.
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El acondicionamiento de las partículas de polvo se lleva a cabo
poniendo en contacto éstas con gotas de líquido para producir un
aglomerado partículas- liquido.
Por ejemplo, cuando una partícula de 5 micras choca con una gota
liquida de 50 micras, la masa o la nueva combinación partícula de
polvo-gota de líquido se ve aumentado por un factor de 1000.
Debido al incremento tanto en masa como en tamaño, la partícula
resultante puede ser más fácilmente removible a corriente gaseosa
por separación inercial.
Las colisiones entre partículas de polvo y gotas liquidas se llevan a
cabo según el tipo de torre lavadora; pudiendo ser estas colisiones
por gravitación, choque, impulsión mecánica de las gotas liquidas,
etc.
Una de las ventajas de la torre lavadora es la de poder remover
partículas y gases simultáneamente. También, en lugar de agua, se
pueden utilizar soluciones ácidas o alcalinas para neutralizar los
gases. Otra de las desventajas de una torre lavadora es la
remoción de las partículas del líquido lavador en el efluente.
Esta separación debe hacerse por sedimentación centrifugación,
etc., para no convertir un problema de contaminación atmosférica en
una contaminación de aguas.
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Los análisis teóricos de los mecanismos de remoción de partículas
en una torre lavadora no han sido tan profundos como en los casos
de ciclones, filtros de tela, y precipitaderos electrostáticos.
La selección y diseño de una torre lavadora se basan
generalmente en ensayos para el caso específico en consideración.
Hay que tener en cuenta que mientras las partículas de polvo sean
más pequeñas, la remoción es más fácil, y la caída de presión más
alta.
Los gases de combustión por lo general contienen, además de CO,
O2, N2, y vapor de agua, algunas impurezas solidas o liquidas
(polvos, humos, vapores y cenizas volantes) algunos componentes
gaseosos en el caso de la combustión de carbón vegetal lo
constituyen los denominados volátiles los cuales lo constituyen,
alcoholes, aldehídos, cetonas, fenoles y alquitranes que pueden
resultar nocivos cuando se mezclan con el aire y muchos de ellos
son cancerígenos.
La finalidad de este estudio es lograr la separación de los
componentes no deseables de los gases de combustión, para evitar
que se ponga en contacto con la atmosfera.
Para lograr esta separación, la estrategia que se sigue es observar
que gases son o no son solubles en el agua y actuar obedeciendo a
esta propiedad.
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La presencia de CO es el resultado de una combustión imperfecta o
incompleta propiciando una buena reacción de combustión el CO
puede reducirse o bien puede oxidarse o bien puede oxidarse en
reactor catalítico a altas temperaturas para generar CO2.
Los gases solubles SO2 y NO2 se pueden remover fácilmente en un
lavador con agua, mientras que el resto, gases insolubles pueden
separarse en el filtro de carbón activado, de la siguiente manera:
Los gases orgánicos, hidrocarburos, se absorben en el
carbón.
La impureza remanente, el NO que no es soluble en agua
ni es absorbido por el carbón, se puede separar oxidándolo
al NO2, gracias a que el filtro de carbón favorece esta
reacción, que ya de por si se empieza a producir
espontáneamente, debido a la alta reactividad del NO con
el oxígeno presente, una vez formado el NO2 este puede
ser absorbido en el agua dela torre lavadora.
A partir de estas consideraciones se emplea un sistema de
limpieza y purificación de gases de combustión consistente
en un lavador primario, un filtro de carbón activado y un
lavador secundario.
Para estimar el flujo de aire requerido en los hornos de pollos a la
brasa se debe tener en cuenta primeramente la combustión
estequiometria y exceso de aire para la combustión.
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La cantidad mínima de oxígeno necesario para quemar
completamente todos los componentes combustibles depende de la
composición del combustible.
Por ejemplo 1 kg de carbón necesita 2,67 kg de oxígeno para
quemarse completamente, 1 kg de hidrógeno necesita 8 kg de
oxígeno. La combustión producida con las proporciones exactas de
gases se conoce como Combustión ideal o combustión
estequiometria.
Las ecuaciones más importantes que se producen en la
combustión de carbón vegetal son:
Carbón: C + O2 CO2
Hidrógeno: H2 + 1/2O2 2H2O
Atmósfera oxidante
En una atmósfera oxidante hay más oxígeno disponible que el necesario
para una combustión completa de todos los componentes combustibles
existentes en el volumen de gas. La combustión (oxidación) será
completa.
Resumen Oxidación = Adición de oxígeno (ej. CO se oxida a CO2)
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Atmósfera reductora
En una atmósfera reductora hay menos oxígeno disponible que el
necesario para quemar (oxidar) todos los combustibles.
Resumen Reducción = Eliminar el oxígeno (ej. SO2 se reduce a S)
FIGURA 1. Combustión estequiometria y con exceso de aire
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II. MATERIAL Y MÉTODOS
2.1. Objeto de estudio: Emisiones de combustión de carbón vegetal
provenientes de hornos de pollos a la brasa.
TABLA 2.1: Análisis inmediato de muestra de carbón vegetal
Compuesto composición Unidades
Carbono fijo 72,90 %
Humedad 7,60 %
Material volátil 15,80 %
Cenizas 3,70 %
Densidad 314 kg ⁄ m3
Poder
calorífico
inferior
31842 kJ ⁄ kg
Análisis de laboratorio Química UNT
Población Universal
Población: Todas las pollerías ubicadas en la ciudad de Trujillo
Muestra: Basado en un muestreo no probabilístico por conveniencia se
toma de datos de los gases de combustión de tres pollerías de la
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ciudad de Trujillo: Pollería Rocky, Norky’s y Bolivar, para describir los
gases de combustión y proponer el lavado de los gases de combustión.
Diseño de contrastación
Diseño de una sola casilla: Busca describir las características del
objeto de estudio y no explicar la relación de variables. En este caso se
busca describir las características de la contaminación por gases de
combustión que emanan las chimeneas de las pollerías de la ciudad de
Trujillo.
Grupo o muestra no experimental observada
G: Descripción de los gases de combustión de las chimeneas de las
pollerías de la ciudad de Trujillo según muestra.
2.2. Instrumentación.
Registro de observación - Libreta de Campo
Se utilizó para tomar nota de todas las características que presenta el
campo de estudio sobre la contaminación ambiental que se genera por
los gases de combustión que emanan las chimeneas de las pollerías
de la ciudad de Trujillo.
Permitió evidenciar hechos mediante:
Lavador de Gases (Scrubber)
- Diámetro: 76 mm.
- Altura: 90 mm.
- Material de construcción: Acero inoxidable serie AISI 300 L
Elementos de Transferencia:
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10 platos perforados con orificios de diámetro variable con promedio de
7,5 a 10% de área perforada, la separación entre platos es de 85 mm.
Características constructivas
El lavador de gases es desmontable mediante dos bridas, los
elementos de transferencia de masa y energía son desmontables
ambas están unidas por una varilla central y espaciados equidistante.
Los acoplamientos para entrada y salida de gases y solución de lavado
son roscados.
- Fluxómetro de tipo turbina especial para gases con escalas: m 3 , x
0,001, x 0,01; x 0,1 1994 marca CLBPN 16 Qa 10 DRY
- Medidor de temperatura 600º C con bulbo sensor Pat: 126703
YAMASAKI KEIRYOKICO. TOKYO
- Analizador de gases Gassman N, Detector de gas único para la
protección personal con logger de datos, software y cable de datos.
2.3. Métodos y Técnicas
Se aplicó para clasificar los datos cuantitativos obtenidos en la
recolección de datos durante el proceso de investigación y ejecución
de la tesis, basado en la descripción de los gases de combustión de
las chimeneas de las pollerías de la ciudad de Trujillo. Se procesó la
estadística a nivel de distribución de frecuencias con sus gráficos
respectivos.
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2.3.1. Métodos
Análisis de gases de combustión
Se analizó la contaminación de los gases de combustión de las
chimeneas de las tres pollería tomadas como muestra: pollería Rocky,
Pollería Norky’s y Pollería Bolivar de la ciudad de Trujillo.
Para análisis de carbón (% de volátiles)
- Balanza analítica marca Toledo de 200 g ± 0,001 g.
- Cápsulas de porcelana y crisoles COORE USA.
- Mechero Bunsen
- Desecador de 25 cm. de diámetro.
- Alambre de Nicrom Nº 28.
Para análisis de carbón: Cenizas
- Horno mufla eléctrica con control automático de temperatura: 700
– 950ºC
- Capsulas o crisoles de porcelana 44 mm. de diámetro.
Procedimiento
Análisis de muestra de carbón empleado en los hornos de pollos a la
brasa
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El experimento se inicia con el análisis de la muestra de carbón,
determinando el contenido de volátiles, cenizas, carbono fijo,
humedad, según Normas ISO 1988; UNE 32102; ASTM D 2013
Muestreo. (Norma ASTM D 2234-00).
Se toma una muestra para análisis: 50 g < 250µm (60 mesh)
Análisis Inmediato
Análisis rutinario para el control químico del carbón; su interpretación
da una idea clara de la distribución de los productos que se
obtendrían por la destilación destructiva (pirolisis) del carbón.
Comprende la determinación de los parámetros: % humedad, %
cenizas. % materias volátiles % carbono fijo (por diferencia).100 %
Materias volátiles: Componentes del carbón que se liberan cuando se
calienta a 900°C en ausencia de aire, descontando la humedad
higroscópica. Se produce debido a la descomposición térmica que
genera el calentamiento brusco. Parámetro de clasificación del carbón
en casi todos los sistemas. Norma ASTM D271
Cenizas: Residuo inorgánico no combustible que permanece después
de la combustión. No se debe interpretar como una medida de la
fracción del carbón. Norma ASTM D217.
Humedad residual :(Norma D3173-87). Es la humedad que se pierde
de la muestra de carbón calentada en una mufla manteniendo una
temperatura entre 105 oC y 110 oC, en donde debe primero ser
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equilibrada la muestra a condiciones atmosféricas de laboratorio, el
resultado es el porcentaje de humedad calculado por la pérdida de
masa, esta humedad es conocida también como humedad
higroscópica.
Evaluación de gases de salida por la chimenea de hornos de pollos a
la brasa:
Se evaluaron los residuos sólidos (cenizas volantes)
Escoria
Gaseosos ( volátiles)
Aplicación de propuesta de lavado de gases
Para la ejecución de los ensayos se procedió al cálculo preliminar del
lavador de gases (scrubber) a nivel de prototipo seleccionando su
tamaño.
Se tomó una muestra de carbón vegetal empleado en los hornos de
pollos a la brasa con peso aproximado de 2 kg empleando un
ventilador de tipo centrífugo a tiro inducido ubicado en la chimenea del
horno con características similares al horno de pollos a la brasa.
Para los ensayos se tuvieron en cuenta que el horno de pollos a la
brasa los sistemas de rotación de los pollos no deberán estar sobre
las brasas del carbón a fin de evitar que el aceite proveniente de los
pollos no se combustione conjuntamente con el carbón, debiendo
instalar un recipiente colector de aceite.
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Se procedió a la combustión del carbón empleando el aire necesario
para obtener la combustión con similares características al obtenido
antes de aplicar la mejora, a fin de no variar las características
organolépticas del producto ((pollo a la brasa) , para lo cual se
determinó teóricamente el requerimiento de aire y luego determinar el
flujo de aire que proporciona el ventilador seleccionado, regulando el
flujo de aire obturando la sección de succión del ventilador, midiendo
el flujo de aire, (se evaluó el contenido de CO2).
Después de evaluar las emisiones a la salida de la chimenea se
procedió a realizar pruebas empleando el equipo experimental para el
lavado de gases de combustión (scrubber).
El tamaño y forma del Scrubber se determinó en base a modelos
existentes en la literatura en cuanto al tamaño. Se tomó en cuenta el
flujo de gases de combustión y principalmente el rango de volátiles y
cenizas que salen por la chimenea.
El número de platos o elementos de transferencia de calor y masa se
determinaron en base al mínimo requerido para eliminar todas las
emisiones de a través del lavador de gases en cuanto a la sección se
calculó en base a la caída mínima de presión a través del equipo que
deberá ser semejante a la que tienen los gases de salida a través de
la chimenea del horno.
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La velocidad de los gases de combustión en los orificios de los platos
se determina mediante al cálculo del flujo másico en orificio
empleando un programa computarizado.
FIGURA 2.1: Procedimiento de ejecución de experimento para determinar
el tamaño y forma del lavador de gases de combustión.
Análisis de muestra de carbón
Cálculos preliminares
Pruebas de combustión
Evaluación de gases de
combustión a la salida de la
chimenea sin aplicación de
mejora
Evaluación de gases de
combustión después del
lavado de los gases
Evaluación del lavador
experimental
Muestra aleatoria
- Carbón fijo - Cenizas y
volátiles - Humedad
Literatura
Carbón
Aire
Prototipo (Scrubber)
Pruebas
experimentales
Parámetros
de diseño
Parámetros
de
combustión
Prototipo
(Lavador
de gases)
Resultados
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2.3.2. Técnicas de recopilación de información
Se aplicó el análisis de los gases de combustión que emanan de las
tres pollerías tomadas como muestra y se diseñó un sistema de
lavado de gases de combustión para reducir la contaminación de los
gases que emanan las chimeneas de las pollerías de Trujillo. Esta
técnica se empleó de manera directa, para identificar y realizar el
análisis la contaminación de los gases de combustión de las
chimeneas de las pollerías de la ciudad de Trujillo.
2.3.2.1. Técnica
El método volumétrico.; sirve para medir la cantidad de gas o fluido
supercrítico sorbido por una muestra a presiones elevadas.
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FIGURA 2.2. Esquema del lavado de gases de combustión por
Combustión de carbón vegetal
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FIGURA 2.3. Lavador de gases experimental
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III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. Medición de gases de Combustión de la Chimenea de la pollería
Rocky de Trujillo
Se detalla las características fisicoquímicas de las emisiones de
combustión obtenidos de la chimenea de la pollería ROCKY de Trujillo con
sus respectivas medias. Se muestra las seis tomas que se han realizado de
los gases de combustión de la chimenea de dicha pollería usando el equipo
de medición de gases Gasman portátil la cual se muestra en la siguiente
tabla:
TABLA Nº 3.1. Medición de gases de Combustión de la Chimenea
de la pollería Rocky de Trujillo.
Parámetros M1 M2 M3 M4 M5 M6
PROMEDI
O
Temperatura ºC 528.3 532.8 539.9 548.5 563.7 589.9 550.5
Porcentaje de
oxígeno 1.6 1.8 2.3 2.1 2.9 3.6 2.4
Porcentaje de
Dióxido de
Carbono (CO2)
mg/kg 13.8 14.9 12.8 13.7 14.5 13.2 13.8
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Monóxido de
Carbono (CO) ppm 18.0 18.0 20.0 19.0 15.0 13.0 17.2
Volatiles 358.0 349.0 376.0 269.0 221.0 262.0 305.8
Nitrógeno (N2)
ppm 43.0 46.0 41.0 44.0 42.0 47.0 43.8
Porcentaje de
exceso de aire 12.4 15.7 17.3 21.7 18.8 22.6 18.1
Porcentaje de
eficiencia de
combustión 78.5 76.8 75.3 77.2 78.9 70.8 76.3
Fuente: elaboración propia
Se observa en la tabla 3.1 que para la chimenea de la pollería Rocky sito
en av. Larco 581-589 de la urbanización La Merced de Trujillo existe un
promedio de temperatura de 550.5 ºC mientras que el porcentaje de
oxígeno fue en promedio 2.4 %, el porcentaje promedio de dióxido de
carbono CO2 fue de 13.8%, mientras que el monóxido de carbono CO
alcanzó un promedio de 17.2 ppm, el promedio de volátiles fue de305.8
ppm, el promedio de nitrógeno NO fue de 43.8 ppm, el porcentaje promedio
de exceso de aire fue de 18.1% y el porcentaje promedio de eficiencia de
combustión fue de 76.3%.
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3.2. Medición de gases de Combustión de la Chimenea de la pollería
Norky’s de Trujillo.
Se detalla las características fisicoquímicas de las emisiones de
combustión obtenidos de la chimenea de la pollería Norky’s de Trujillo con
sus respectivas medias. Se muestra las seis tomas que se han realizado de
los gases de combustión de la chimenea de dicha pollería usando el equipo
de medición de gases Gasman portátil la cual se muestra en la siguiente
tabla:
TABLA Nº 3.2. Medición de gases de Combustión de la Chimenea
de la pollería Norky’s de Trujillo
Parámetros M1 M2 M3 M4 M5 M6 PROMEDIO
Temperatura ºC 564.2 573.8 528.4 548.5 603.8 573.5 565.4
Porcentaje de
oxígeno 2.6 2.1 2.4 2.5 2.7 3.7 2.7
Porcentaje de
Dióxido de
Carbono (CO2)
mg/kg 12.9 13.7 13.2 12.6 13.9 14.5 13.5
Monóxido de
Carbono (CO) ppm 19.0 17.0 18.0 17.0 14.0 13.0 16.3
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Fuente: elaboración propia
Se observa en la tabla 3.2 que para la chimenea de la pollería Norky’s
sito en av. Larco 595 de la urbanización La Merced de Trujillo existe un
promedio de temperatura de 565.4 ºC mientras que el porcentaje de
oxígeno fue en promedio 2.7 %, el porcentaje promedio de dióxido de
carbono CO2 fue de 13.5%, mientras que el monóxido de carbono CO
alcanzó un promedio de 16.3 ppm, el promedio de volátiles fue de 326.7
ppm, el promedio nitrógeno fue de 42.8 ppm, el porcentaje promedio de
exceso de aire fue de 17.4% y el porcentaje promedio de eficiencia de
combustión fue de 75.9%.
3.3. Medición de gases de Combustión de la Chimenea de la pollería
Bolívar de Trujillo
Se detalla las características fisicoquímicas de las emisiones de
combustión obtenidos de la chimenea de la pollería Bolívar de Trujillo con
Volátiles 345.0 336.0 364.0 312.0 325.0 278.0 326.7
Nitrógeno (N2)
ppm 41.0 44.0 39.0 41.0 47.0 45.0 42.8
Porcentaje de
exceso de aire 11.6 13.4 15.3 19.6 20.4 23.9 17.4
Porcentaje de
eficiencia de
combustión
77.5
76.9
75.4
76.9
75.1
73.8
75.9
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sus respectivas medias. Se muestra las seis tomas que se han realizado de
los gases de combustión de la chimenea de dicha pollería usando el equipo
de medición de gases Gasman portátil la cual se muestra en la siguiente
tabla.
TABLA 3.3. Medición de gases de Combustión de la chimenea de la
pollería Bolívar de Trujillo
Fuente: elaboración propia
Parámetros M1 M2 M3 M4 M5 M6 PROMEDIO
Temperatura ºC 589.5 514.7 536,1 573.8 556.0 569.8 560.8
Porcentaje de
oxígeno
1.9 1.8 1.6 1.8 2.4 2.9 2.1
Porcentaje de
Dióxido de
Carbono (CO2)
mg/kg
14.6 15.8 14.2 14.7 13.9 15.4 14.8
Monóxido de
Carbono (CO)
ppm
17.0 16.0 21.0 16.0 17.0 14.0 16.8
Volatiles ppm 367.0 352.0 372.0 341.0 321.0 369.0 353.7
Nitrógeno (N2)
ppm
47.0 42.0 53.0 49.0 46.0 53.0 48.3
Porcentaje de
exceso de aire
13.2 11.8 16.5 14.4 21.5 23.8 16.9
Porcentaje de
eficiencia de
combustión
69.8 71.3 73.8 68.5 71.1 74.7 71.5
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Se observa en la tabla 3.3 que para la chimenea de la pollería Bolívar
sito en av. Húsares de Junín 1245 de la urbanización La Arboleda de
Trujillo. Existe un promedio de temperatura de 560.8 ºC mientras que el
porcentaje de oxígeno fue en promedio 2.1 %, el porcentaje promedio de
dióxido de carbono CO2 fue de 14.8%, mientras que el monóxido de
carbono CO alcanzó un promedio de 16.8 ppm, el promedio de volátiles fue
de 353.7 ppm, el promedio de nitrógeno fue de 48.3 ppm, el porcentaje
promedio de exceso de aire fue de 16.9% y el porcentaje promedio de
eficiencia de combustión fue de 71.5%.
3.4. Análisis comparativo de Monóxido de Carbono CO
Se muestra la tabla 3.4 el análisis comparativo del Monóxido de Carbono
CO para las pollerías Rocky, Norky’s y Bolívar:
TABLA 3.4: Cuadro comparativo del promedio porcentual de Monóxido de
carbono CO
Pollerías: Rocky Norky’s Bolívar
Promedios porcentuales de
Monóxido de Carbono CO 17.2 16.3 16.8
Fuente: Proviene de las tablas 3.1, 3.2 y 3.3
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Se observa en la tabla 3.4 que el mayor promedio porcentual de 17.2%
recae en la pollería Rocky en relación a la contaminación con Monóxido de
carbono emitido por las chimeneas de las pollerías tomadas como muestra.
El gráfico Nº 3.1 que corrobora lo mencionado se muestra a continuación:
Fuente: Proviene de la Tabla 3.4
FIGURA 3.1 Promedio de emisiones de monóxido de carbono
3.5. Análisis comparativo de Dióxido de Carbono CO2
Se muestra la tabla 3.5 el análisis comparativo del Dióxido de Carbono
CO2 para las pollerías Rocky, Norky’s y Bolívar:
15.8
16
16.2
16.4
16.6
16.8
17
17.2
Rocky Norky’s Bolívar
17.2
16.3
16.8
Gráfico Nº 3.1. Gráfico de promedios porcentuales de Monóxido de Carbono CO
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Tabla 3.5: Cuadro comparativo del promedio porcentual de Dióxido de
carbono CO2
Pollerías: Rocky Norky’s Bolivar
Promedios porcentuales de
Dióxido de Carbono CO2 13.8 13.5 14.8
Fuente: Proviene de las tablas 3.1, 3.2 y 3.3
Se observa en la tabla 3.5 que el mayor promedio porcentual de 14.8%
recae en la pollería Bolívar en relación a la contaminación con Dióxido de
carbono emitido por las chimeneas de las pollerías tomadas como muestra.
El gráfico Nº 3.2 que corrobora lo mencionado se muestra a
continuación:
Fuente: Proviene de la Tabla 3.5
FIGURA 3.2 Promedio de emisiones de Dióxido de carbono
12.5
13.0
13.5
14.0
14.5
15.0
ROCKY NORKY'S BOLIVAR
13.8%
13.5%
14.8%
Gráfico Nº3.2: Gráfico comparativo del promedio porcentual de Dióxido de
Carbono CO2
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3.6. Análisis comparativo de volátiles
Se muestra la tabla 3.6 el análisis comparativo de volátiles para las pollerías
Rocky, Norky’s y Bolívar:
Tabla 3.6: Cuadro comparativo del promedio de volátiles
Rocky Norky’s Bolivar
Promedios de volátiles (ppm) 305.8 326.7 353.7
Fuente: Proviene de las tablas 3.1, 3.2 y 3.3
Se observa en la tabla 3.6 que el mayor promedio de 353.7 ppm y recae
en la pollería Bolívar en relación a la contaminación por volátiles emitido
por las chimeneas de las pollerías tomadas como muestra.
El gráfico Nº 3.3 que corrobora lo mencionado se muestra a
continuación:
Fuente: Proviene de la Tabla 3.6
FIGURA 3.3. Promedio de emisiones de Volátiles
280.0
290.0
300.0
310.0
320.0
330.0
340.0
350.0
360.0
ROCKY NORKY'S BOLIVAR
305.8 ppm
326.7 ppm
353.7 ppm
Gráfico Nº 3.3. Gráfico comparativo de promedios de Volatiles
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3.7. Análisis comparativo de Nitrógeno N2
Se muestra la tabla 3.7 el análisis comparativo de Nitrógeno para las
pollerías Rocky, Norky’s y Bolivar:
TABLA 3.7: Cuadro comparativo del promedio de Nitrógeno en los gases de
combustión
Rocky Norky’s Bolívar
Promedios de nitrógeno (ppm) 43.8 43.9 48.3
Fuente: Proviene de las tablas 3.1, 3.2 y 3.3
Se observa en la tabla 3.7 que el mayor promedio de 48.3 ppm recae en
la pollería Bolívar en relación a la salida de nitrógeno emitido por las
chimeneas de las pollerías tomadas.
El gráfico Nº 3.4 que corrobora lo mencionado se muestra a
continuación:
Fuente: Proviene de la Tabla 3.7.
FIGURA 3.4. Promedio de emisiones de Nitrógeno N2
41
42
43
44
45
46
47
48
49
ROCKY NORKY'S BOLIVAR
43.8 43.9
48.3
Gráfico Nº 3.4. Gráfico comparativo de promedios de nitrógeno N2
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3.8. Análisis comparativo del promedio del porcentaje de eficiencia de
combustión
Se muestra la tabla 3.8 el análisis comparativo del promedio del
porcentaje de eficiencia de combustión para las pollerías Rocky, Norky’s y
Bolivar:
TABLA 3.8: Cuadro comparativo del promedio del porcentaje de
eficiencia de combustión
Rocky Norky’s Bolivar
Promedios del porcentaje de
eficiencia de combustión 76.3 75.9 71.5
Fuente: Proviene de las tablas 3.1, 3.2 y 3.3
Se observa en la tabla 3.8 que el mayor promedio de 76.3% y recae en
la pollería Rocky en relación a la eficiencia de combustión emitido por la
chimenea de las pollerías tomadas como muestra.
La Figura 3.4 que corrobora lo mencionado se muestra a continuación:
Fuente: Proviene de la Tabla 3.7
FIGURA 3.5. Promedio de eficiencia de combustión
68.00%
70.00%
72.00%
74.00%
76.00%
78.00%
ROCKY NORKY'S BOLIVAR
76.30% 75.90%
71.50%
Gráfico Nº 3.5: Gráfico de promedios de porcentaje de eficiencia de combustión
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3.9. Propuesta de Lavado de gases de combustión
TABLA 3,9 Productos de combustión para ser captados por el lavador
de gases a la salida por la chimenea:
Peso de carbón: 13 kg ⁄ h
Componentes de los gases de
combustión
Porcentaje
(%)
Flujo másico
(kg ⁄h)
CO2 12,58 21,35
Volátiles (Alcoholes, fenoles,
cetonas, aldehídos, alquitrán)
13,90 19,13
Cenizas volantes 8,11 11,16
Nitrógeno,
56,00 77,06
Agua ( humedad) 9,41 13,00
Total 100,00 141,70
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FIGURA 3.4: Esquema de Lavador de gases mostrando
los flujos de entrada y salida.
yn+1
yn
yn-1
Plato N
Plato n+1
xn+1
Plato n
xn
Plato n-1
xn-1
Plato 1
GM
y2
LM
x2
GM
y1
LM
x1
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Tabla 3.10. Parámetros de operación de equipo lavador de gases
acoplado a la chimenea del horno de pollos a la brasa
Parámetros de operación del lavador
de gases
Performance
Flujo de gases 141,7 kg ⁄ h
Flujo de agua de lavado 3565 kg ⁄ h
Presión de succión (succión en la
chimenea)
2” a 10” de columna de
agua
Presión de descarga a la entrada al
lavador de gases
0, 42 Bar
Relación : agua ⁄ gases de combustión 25,16 kg de agua ⁄ kg
de gases
Relación : cenizas ⁄ agua de lavado 0,00322 kg de cenizas ⁄
kg de agua
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TABLA 3.11 Eficiencia de remoción de volátiles y cenizas de los gases de
combustión en función de su velocidad a la entrada al lavador
Prueba experimental: Flujo de solución: 1,2 L /min.
Velocidad de los gases a
través de la columna (m/s)
Eficiencia de remoción (%)
1.5 88.2
2,0 88.2
2.5 88.4
30 87.9
3.2 81.8
3.8 78.9
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Discusión de resultados
El diseño de un lavador de gases de combustión constituye un equipo de
transferencia de masa y energía que trabaja por lo general a contracorriente
entre los gases que ascienden por la torre y el fluido que se dispersa en la torre
por la parte superior de tal manera que a través de los elementos de
transferencia se produce el intercambio liquido-gas produciendo no solamente
la retención de material particulado ( cenizas volantes ) sino la absorción de
los volátiles provenientes del carbón de madera que son solubles en el agua
Un mayor número de elementos de transferencia permiten un mayor tiempo de
permanencia y por lo tanto un mayor tiempo de permanencia entre el agua de
lavado, las cenizas volantes y los volátiles.
El flujo de gases de combustión si provienen de hornos de pollos a la brasa y si
son de un tamaño similar y bien gobernadas presenta un flujo regular definido
por lo que su dimensionamiento se puede tomar como un parámetro de entrada
para dimensionar el equipo.
De acuerdo a la evaluación de gases de salida por la chimenea no se
determinó gases nitrosos por el hecho de que la temperatura del carbón en
combustión es menor a 800oC por lo que se detectó gases de nitrógeno.
Los volátiles procedentes de la combustión de carbón vegetal son en su
mayoría condensables y solubles en agua por lo que se absorbe en el agua de
lavado y pueden ser captados y evitar la salida por la chimenea
conjuntamente con los gases de combustión.
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Para lograr esta separación, la estrategia que se sigue es observar que gases
son o no son solubles en el agua y actuar obedeciendo a esta propiedad.
La presencia de CO es el resultado de una combustión imperfecta o incompleta
propiciando una buena reacción de combustión el CO puede reducirse o bien
puede oxidarse o bien puede oxidarse en reactor catalítico a altas temperaturas
para generar CO2.
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IV. CONCLUSIONES
Las emisiones de gases de combustión procedentes de las chimeneas
de hornos de pollos a la brasa que utilizan carbón vegetal en la ciudad
de Trujillo contienen un promedio de 12, 58% de CO2, 13,90 % de
volátiles, cenizas volantes 8,11% y 56,00 % de nitrógeno, evaluados
evitando que el aceite de los pollos a la brasa no intervenga en la
combustión del carbón.
Las emisiones de gases de chimeneas de hornos de pollos a la brasa
generan un promedio de 10,9 kg de gases de combustión por kg de
carbón vegetal empleado, en una adecuada combustión.
El lavado de gases de combustión a la salida de la chimenea de hornos
de pollos a la brasa reducen en un 88,4 % las emisiones empleando una
velocidad de gases a la entrada al lavador de gases de 2,5 m ⁄ s.
El lavador de gases deberá emplear un promedio de 25,16 kg de agua ⁄
kg de gases, equivalente a 2,3 L de agua ⁄ kg de carbón, con una presión
de descarga de 0, 42 bar y un promedio de 2,00 kg de agua por kg de
cenizas volantes.
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V. RECOMENDACIONES
Se recomienda el empleo de lavador de gases sea construido en
material acero inoxidable AISI 304L con la finalidad de evitar la corrosión
del material debido al flujo de gases y el empleo de agua.
Se recomienda efectuar modificación en los hornos de pollo a la brasa
evitando que los pollos estén ubicados sobre las brasas del carbón para
evitar que el aceite de los pollos caigan en el carbón y generen gases
de combustión de sustancias de tipo cancerígeno.
Se recomienda que el agua de lavado sea diseñada con fondo cónico a
fin de sedimentar los sólidos y pueda ser recirculada al lavado de gases.
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49
VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ÁRIAS RIVERO J. (2011). Diseño del sistema de extracción localizado
para el banco de pruebas de combustión del proyecto carbón,
de la Pontifica Universidad Católica del Perú. Consultado el 28 de
Abril del 2016. Disponible en:
http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/handle/123456789/925?show=full
CARREIRAS A. (2000). Contaminación del Aire en el Área Metropolitana
de Buenos Aires. Editorial Mc Graw Hill. Buenos Aires.
Argentina.
ECURED (2015). Dióxido de azufre. Consultado el 28 de Abril del 2016. Disponible
en: http://www.ecured.cu/index.php/Di%C3%B3xido_de_azufre
ECURED (2015) Monóxido de Carbono. Consultado el 28 de Abril del 2016.
Disponible en: http://www.ecured.cu/Mon%C3%B3xido_de_Carbono
ECURED (2015) Óxido de nitrógeno. Consultado el 28 de Abril del 2016. Disponible
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http://www.ecured.cu/index.php?search=+oxido+de+nitrogeno&button=
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50
LUCAS AGUILAR RICARDO. (2012) Diseño y modelado virtual de un
colector de partículas tipo “Scrubber o lavador de gases.
Disponible en
https://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/21252
MARCANO. (2004) Contaminación atmosférica. Consultado el 26 de Abril del 2016.
Disponible en:
www.jmarcano.com/recursos/contamin/catmosf2a.html 2004
ROMERO PLACERES M, MÁS BERMEJO P, LACASAÑA NAVARRO
M, TÉLLEZ ROJO SOLÍS MM, AGUILAR VALDÉS J, ROMIEU
I. (2004). Contaminación atmosférica. Sal Públ de México.
ROMIEU, MENESES, RUIZ, SIENRA, HUERTA, WHITE, & ETZEL
(1996). Effect of air pollution on the respiratory health of
asthmatic children living in Mexico
STRAUSS & MAINWARING (2011) Contaminación del aire. Editorial
Interamericana, México.
TÉLLEZ, ROMIEU, MENESES, HERNÁNDEZ (1997). Efecto de la
contaminación ambiental sobre las consultas por infecciones
respiratorias en niños de Ciudad de México. Editorial
Interamericana. México.
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ANEXOS
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ANEXO 1: Detector de gas Gasman N
Detector de gas único para la protección personal con logger de datos,
software y cable de datos.
El detector de gas Gassman N es un detector de gas único (más adelante
podrá ver la selección de gases). El Gassman avisa a su portador con un
tono de alarma penetrante y con una señal óptica (útil en caso de existir
ruidos fuertes en el entorno) de la existencia de concentraciones de gas
peligrosas y muestra en la pantalla el valor de medición de gas actual.
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ANEXO 2: MAPA DE LA PROVINCIA DE TRUJILLO Y SUS DISTRITOS
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Figura A-1 Termocupla de rayos infrarrojos ( midiendo
Temperatura del carbón en ignición
Figura A-2 Caudalimetro de gases y termómetro para
medir flujo de gases de salida dela chimenea
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55
Figura A-3 Bomba calorimétrica para analizar
poder calorífico del carbón
Figura A-4 Horno experimental para evaluar
gases de combustión del carbón vegetal
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Figura A.5 Lavador de gases experimental
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