ELEMENTOS DEL PROBLEMA DE CONTAMINACION ATMOSFERICA

Fuentes de emisión

La atmósfera

MeterologíaCalidad del aire

Receptores

Legislación ambiental

Fuentes de emisión

Fuentes de emisión

La atmósfera

MeterologíaCalidad del aire

Fuentes de emisión

La atmósfera

MeterologíaCalidad del aire

Fuentes de emisión

Legislación ambiental

La atmósfera

MeterologíaCalidad del aire

Fuentes de emisión

Legislación ambiental

La atmósfera

MeterologíaCalidad del aire

Fuentes de emisión

Receptores

Legislación ambiental

La atmósfera

MeterologíaCalidad del aire

Fuentes de emisión

Receptores

Legislación ambiental

La atmósfera

MeterologíaCalidad del aire

Fuentes de emisión

Receptores

Legislación ambiental

La atmósfera

MeterologíaCalidad del aire

Fuentes de emisión

Receptores

Legislación ambiental

La atmósfera

MeterologíaCalidad del aire

Fuentes de emisión

Receptores

Legislación ambiental

La atmósfera

MeterologíaCalidad del aire

Fuentes de emisión

Control ControlControl

ESTABLECIMIENTO DEL GRADO DE CONTROL REQUERIDO

Criterios de calidad del aire

MetasNormas de calidad

del aireNormas de emisión

Niveles de calidad del aire

Criterios de calidad del aire

Normas de calidad del aire Normas de

emisión

Estudios toxicológicos y epidemiológicos

Monitoreo de lacalidad del aire

Tecnología disponible para el control de la contaminación

Aspectos socioeconómicos

Elementos que conforman los criterios y normas de calidad del aire y las normas de emisión

PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AIRE

Partículas Humos y Polvos con

0.005 µm < Diámetro < 500 µm 1 µm = 10-6 m.

PM10 Partículas suspendidas menor de 10 µm o partículas respirables

PM2.5 Partículas suspendidas menor de 2.5 µm o partículas respirables

PST Partículas suspendidas totales

Gases

Compuestos de azufre: SO2, SO3, H2S, Mercaptanos

Compuestos de nitrógeno: NO, NO2 (NOx), NH3, N2O

Compuestos de carbono: CO, CO2, CxHy

Compuestos halogenados: HCL, HF

Otros: O2, PAN

Categoría Tamaño (µm)

Partículas suspendidas totales (PST) < 100

Partículas respirables (PM10) < 10

Partículas respirables gruesas 10 - 2.5

Partículas respirables finas (PM2.5) < 2.5

Partículas ultra finas (PUF) < 0.1

Clasificación de las partículas de acuerdo a su tamaño

Población en millones, año 2000

Concentraciones de PM10 enalgunas ciudades de América

Con

cent

raci

ón µ

g/m

3

Efic

ien

cia

de

re

ten

ció

n %

60    40     20 

Diámetro, µm

1 2 3 4 5

Pulmón

Conducto nasofaríngeo

Retención de partículas en el aparato respiratorio

FUENTES DE EMISION• NATURALES

Erupciones volcánicas: SO2, H2S, Partículas

Arrastre eólico: Partículas

Descomposición de materia orgánica: CH4, H2S, NH3,

Espriado marino: Partículas

Incendios forestales: CO, Partículas

• ANTROPOGENICASTransportación: CO, CO2, NOx, HC

Procesos industriales CO, NOx, SO2, H2S, Partículas

Generación de energía eléctrica: CO2, NOx, SO2, Partículas

Quema de comb. en industria y comercios: CO, NOx, SO2, Partículas

Actividades agrícolas: CO, NO, Partículas

Extracción de recursos: Partículas, HC, H2S

INDICE DE CALIDAD DEL AIRE

Constituye una herramienta administrativa

para proporcionar información de calidad del

aire a la población.

Función de transformación Indice decalidad ambiental

Mediciones de calidad del aire

Normas de calidad del aire

Función de transformación

Pollutant Standard Index(Índice de Polución Estandar)

El PSI fue desarrollado por la agencia Norteamericana de Protección Ambiental, EPA, incorporando cinco contaminantes criterio, a saber:

Partículas suspendidasO3

SO2

NO2

CO

Para cada uno de estos contaminantes se calcula un subíndice I, utilizando funciones linealmente segmentadas que transforman sus concentraciones a una escala entre 0 y 500 unidades.

IPartículas suspendidas

IO3

ISO2

INO2

ICO

Una función linealmente segmentada está constituida por segmentos de línea recta en donde los puntos de quiebre de cada segmento se obtienen tomando en consideración la norma y los criterios de calidad del aire

Función linealmente segmentada correspondiente a monóxido de carbono utilizada por el PSI

PSI Categoría

0 – 50 Buena

51 - 100 Moderada

101 - 200 Dañina a la salud

201 - 300 Muy Dañina a la salud

301 - 500 Peligrosa

Escala y clasificación del PSI

(1)

Función linealmente segmentada

(2)

Categoría Buena Moderada Dañina a la salud Muy dañina a la salud Peligrosa

Valor del índice 0 - 50 51 – 100 101 - 200 201 – 300 301 - 400 401 – 500

Contaminante Concentraciones

CO 8-h (ppm) 0 - 4.5 4.5 - 91 9 - 15 15 – 30 30 – 40 40 – 50

NO2 1-h (ppm) -- -- -- 0.6 - 1.2 1.2 - 1.6 1.6 - 2.0

O3 1-h (ppm) 0 - 0.06 0.06 - 0.121 0.12 - 0.20 0.20 - 0.40 0.40 - 0.50 0.50 - 0.60

PM10 24-h (µg/m3) 0 - 50 50 – 1501 150 - 350 350 – 420 420 - 500 500 - 600

SO2 24-h (ppm) 0 - 0.03 0.03 - 0.141 0.14 - .030 0.30 - 0.60 0.60 - 0.80 0.80 - 1.0

Puntos de quiebre del PSI

INDICE METROPOLITANO DE CALIDAD DEL AIRE

IMECAMax { ICO, INOx, ISO2, Io3, Ips }

CONOx

SO2

O3

Partículas (PS)

Normas mexicanas de calidad del aire

Ejemplo Obtenga el valor del PSI cuando se presentan las siguientes concentraciones de ozono, partículas suspendidas y monóxido de carbono: O3: 0.077 ppm durante 1 horaPM10 : 54.4 µg/m3 durante 24 horasCO: 8.4 ppm durante 8 horas

Obtención de emisiones Dada una fuente de contaminación, resulta esencial poder evaluar la cantidad de material emanado en términos de lo que se denomina la emisión, es decir, la cantidad de masa por unidad de tiempo liberada a la atmósfera.

La emisión puede evaluarse mediante cualquiera de los siguientes tres procedimientos:

 Medición directa

Balance de masa

Empleo de factores de emisión

Factor de emisiónUn factor de emisión es una cantidad que expresa el monto de material liberado durante un proceso en función de actividades fácilmente cuantificables asociadas a la emisión del contaminante.

Estas actividades pueden ser el consumo de un combustible o materia prima asociado al proceso de contaminación, el movimiento de un vehículo, la producción industrial, etc.

Para ejemplificar lo anterior la tabla siguiente es una porción de la tabla 1.3.1 tomada de la AP- 42 de la EPA (http://www.epa.gov/ttnchie1/ap42/), que proporciona factores de emisión para la quema de combustóleo en fuentes de combustión externas, es decir en plantas termoeléctricas, calderas industriales y unidades de combustión domésticas e industriales.

Factores de emisión para la combustión de combustóleo en calderas con capacidad superior a los 100 millones de BTU/h.

a Para convertir de lb/103 gal a kg/103 L, multiplique por 0.120. CCF = Código de clasificación de la fuenteb S indica que el porciento en peso de azufre en el combustible. Por ejemplo si el combustible tiene 1 % de azufre S = 1.c S indica que el porciento en peso de azufre en el combustible. Por ejemplo si el combustible tiene 1 % de azufre S = 1.d Expresado como NO2.

Configuración de los quemadores (CCF)a

SO2

b

SO3

c

NOx

d

Coe

Partículas filtrablesf

FE

Lb / 103 gal

Calif.

FE

Lb / 103 gal

Calif.

FE

Lb / 103 gal

Calif.

FE

Lb / 103 gal

Calif.

FE

Lb / 103 gal

Calif

.

Alimentación normal con aceite No 6. (1-01-004-01),(1-02-004-01),(1-03-004-01)Alimentación normal con aceite No 6. Quemador de bajo NOx (1-01-004-01),(1-02-004-01)Alimentación tangencial con aceite No 6. (1-01-004-04)Alimentación tangencial con aceite No 6. Quemador de bajo NOx (1-01-004-04)Alimentación normal con aceite No 5. (1-01-004-05),(1-02-004-04)Alimentación tangencial con aceite No 5. (1-01-004-04)Alimentación normal con aceite No 4. (1-01-004-04),(1-02-004-04)Alimentación tangencial con aceite No 4. (1-01-005-05)Alimentación con aceiteNo 2. (1-01-005-01),(1-02-005-01),(1-03-005-01)Alimentación con aceiteNo 2. LNB/FGR.(1-01-005-01), (1-02-005-01),(1-03-005-01)

175S A

175S A

175S A

175S A

175S A

150S A

150S A

150S A

142Sh A

142Sh A

5.7S C

5.7S C

5.7S C

5.7S C

5.7S C

5.7S C

5.7S C

5.7S C

5.7S C

5.7S C

47 B

40 B

32 B

26 E

47 B

32 B

47 B

32 B

24 D

10 D

5 A

5 A

5 A

5 A

5 A

5 A

5 A

5 A

5 A

5 A

9.19(S)+3.22 A

9.19(S)+3.22 A

9.19(S)+3.22 A

9.19(S)+3.22 A

10 B

10 B

7 B

7 B

2 A

2 A

En general, dado un factor de emisión FE, la emisión se calcula mediante la siguiente relación. 

E = A X FE X (1 – ERE / 100) 

en donde: E = Emisión A = Tasa de actividad FE = Factor de emisión ERE = Eficiencia de reducción de la emisión, %

Ejemplo Una central termoeléctrica de 1000 MW de capacidad de generación, quema combustóleo con un poder calorífico de 150,000 BTU/gal y con un contenido de azufre del 1.4%. Asumiendo que la eficiencia térmica de la planta es de 34% y que no se está utilizando equipo de control para limitar la emanación de dióxido de azufre.

 a)Determine la emisión de este contaminante empleando un factor de emisión

b) Compare el resultado obtenido en a) con el que se alcanzaría suponiendo que todo el azufre contenido en el combustible se oxida a SO2.

Configuración de los quemadores (CCF)a

SO2

b

SO3

c

NOx

d

Coe

Partículas filtrablesf

FE

Lb / 103 gal

Calif.

FE

Lb / 103 gal

Calif.

FE

Lb / 103 gal

Calif.

FE

Lb / 103 gal

Calif.

FE

Lb / 103 gal

Calif

.

Alimentación normal con aceite No 6. (1-01-004-01),(1-02-004-01),(1-03-004-01)Alimentación normal con aceite No 6. Quemador de bajo NOx (1-01-004-01),(1-02-004-01)Alimentación tangencial con aceite No 6. (1-01-004-04)Alimentación tangencial con aceite No 6. Quemador de bajo NOx (1-01-004-04)Alimentación normal con aceite No 5. (1-01-004-05),(1-02-004-04)Alimentación tangencial con aceite No 5. (1-01-004-04)Alimentación normal con aceite No 4. (1-01-004-04),(1-02-004-04)Alimentación tangencial con aceite No 4. (1-01-005-05)Alimentación con aceiteNo 2. (1-01-005-01),(1-02-005-01),(1-03-005-01)Alimentación con aceiteNo 2. LNB/FGR.(1-01-005-01), (1-02-005-01),(1-03-005-01)

175S A

175S A

175S A

175S A

175S A

150S A

150S A

150S A

142Sh A

142Sh A

5.7S C

5.7S C

5.7S C

5.7S C

5.7S C

5.7S C

5.7S C

5.7S C

5.7S C

5.7S C

47 B

40 B

32 B

26 E

47 B

32 B

47 B

32 B

24 D

10 D

5 A

5 A

5 A

5 A

5 A

5 A

5 A

5 A

5 A

5 A

9.19(S)+3.22 A

9.19(S)+3.22 A

9.19(S)+3.22 A

9.19(S)+3.22 A

10 B

10 B

7 B

7 B

2 A

2 A

a Para convertir de lb/103 gal a kg/103 L, multiplique por 0.120. CCF = Código de clasificación de la fuenteb S indica que el porciento en peso de azufre en el combustiblle. Por ejemplo si el combustible tiene 1 % de azufre S = 1.c S indica que el porciento en peso de azufre en el combustiblle. Por ejemplo si el combustible tiene 1 % de azufre S = 1.d Expresado como NO2.

Factores de emisión para la combustión de combustóleo en calderas con capacidad superior a los 100 millones de BTU/h.

Contaminación fotoquímica

Hidrocarburos reactivos

Óxidos de nitrógeno ( NO y NO2 = NOx )

Luz solar

OZONO ( O3 )

Generación de smog fotoquímico en la atmósfera urbana

UV

En la primera etapa se forma ozono (O3) a través de lo

que se denomina el ciclo fotolítico que involucra a los óxidos de nitrógeno NOx. El ozono es un oxidante

potente que caracteriza de manera sobresaliente a esta forma de contaminación. El ciclo fotolítico se constituye por las siguientes reacciones:

NO2 + Radiación ultravioleta NO + O O + O2 + M O3 + M O3 + NO NO2 + O2

Ciclo fotolítico Ozono

Oxígeno atómico

Agua

Radicales hidroxilos

Hidrocarburos reactivos

Dióxido de nitrógeno

Regeneración de radicales

Luz solar

Óxidos de nitrógeno

Evolución de la contaminación fotoquímica en un día típico

Contaminante

Guía* OMSµg/m3

Periodo

Objetivos intermediosµg/m3

MP2.5 10 1 año 35 MP2.5 25 24 h 75 MP10 20 1 año 70 MP10 50 24 h 150

O3 100 8 h 160 NO2 40 1 año - NO2 200 1 h - SO2 20 24 h 125 SO2 500 10 min - CO 10 8 h - CO 30 1 h -

Valores guía y objetivos intermedios de la OMS

* Concentraciones expresadas 25 o C y 1 atmósfera de presión

Dióxido de Azufre (SO2 )

Es un gas incoloro y no inflamable. Poco estable en la atmósfera.

Principales fuentes de emisión Combustión de sustancias que contengan azufre. Calefacciones y quemadores industriales que emplean carbón y gasóleo. Vehículos Diesel.

Efectos Irritación en la vista. Aumento de las enfermedades respiratorias (Asma). Corrosión en la mayoría de los metales, especialmente hierro y zinc. Decoloración de hojas en los vegetales.

Al combinarse con el oxígeno del aire, una gran parte se oxida a SO3 reaccionando con el vapor de agua de la atmósfera para formar ácido sulfúrico (H2SO4), extremadamente corrosivo y por su mayor peso específico se precipita en forma de llovizna: Lluvia Acida.

Monóxido de Carbono (CO)

• Gas inodoro, incoloro e insípido. Combina con el oxígeno de la atmósfera formando dióxido de carbono (CO2). Se produce en los procesos de combustión en los que hay combustión incompleta, es el contaminante más abundante.

• Principales fuentes de emisión

– Vehículos a motor.

– Industrias.

– Refinerías de petróleo.

– Fábricas de acero.

• Efectos

– Muy tóxico para las personas puesto que puede causar muerte por asfixia.

– Efectos directos sobre sistemas circulatorio y respiratorio.

– Dolores de cabeza, perturbaciones psíquicas y de memoria, disminución de reflejos.

• Al reaccionar con la hemoglobina de la sangre (Hb), forma carboxihemoglobina (COHb), reduciendo la capacidad de la sangre para transportar oxígeno. Los fumadores tienen niveles de 2 a 4 veces más de (COHb) que los no fumadores

Óxidos de Nitrógeno (NOx)

• Los NOx, provienen de procesos de combustión a altas temperaturas. Al descargarse en una atmósfera saturada de vapor de agua puede dar lugar a la formación de ácido nítrico (HNO3), y por acción de la lluvia o nieve, cae sobre la superficie en forma de Lluvia Acida. Participan en la generación contaminación fotoquímica

• Principales fuentes de emisión

• Vehículos a motor.

• Procesos de combustión en las industrias del acero y petroquímicas.

• Centrales termoeléctricas.

• Incineradoras.

• Efectos y características:

• Irritación de ojos, nariz y bronquios.

• En grandes cantidades puede causar edema y muerte.

• Lesiones y daños a las plantas, retraso en su crecimiento.

• Se les atribuyen poderes cancerígenos.

Hidrocarburos (HC)

• Son compuestos que contienen carbono e hidrógeno. Tales como el metano, acetileno, benceno, tolueno, entre otros. Participan en la generación contaminación fotoquímica

• Principales fuentes de emisión:

• Vehículos a motor.

• Transportes de hidrocarburos.

• Industrias petroquímicas.

• Efectos:Al inhalarlos, producen efectos distintos dependiendo del tipo de hidrocarburo.

• Los hidrocarburos aromáticos: benceno y tolueno, son los más irritantes, pudiendo causar lesiones importantes en las membranas mucosas si sus vapores son inhalados.

• Los hidrocarburos no saturados son los más peligrosos por su facilidad de reaccionar con la radiación solar originando el smog fotoquímico

Partículas suspendidas

• Partículas: Su procedencia y composición es muy variada. Incluyen PST, PM10 y PM2.5

•Principales fuentes de emisión:

• Proceso de combustión de fuel, gas-oil, alquitranes, etc.

• Polvo del suelo.

• Erupciones volcánicas.

• Incendios.

• Incineraciones no depuradas de basuras, etc.

•

Efectos:

• Irritación de ojos y del sistema respiratorio.

• Penetran por las vías respiratorias y se fijan en los alvéolos pulmonares.

• Pueden provocar asma y tumores bronquiales.

• Provocan ennegrecimiento de edificios y bienes de uso.

• Potencian el efecto de otros contaminantes gaseosos

Oxidantes fotoquímicos

• Conjunto de compuestos que se forman en la atmósfera a traves de reacciones fotoquímicas que involucran a los óxidos de nitrógeno NOx y los hidrocarburos reactivos HC. Su principal exponente es el ozono, O3

•Principales fuentes de emisión:

• Por ser contaminantes secundarios no existen fuentes directas

•Efectos:

• En el corto término: Irritación de ojos y del sistema respiratorio.

• En el largo término: disminución de la capacidad pulmonar

• Pueden provocar reacción inflamatoria en el pulmón.

• Potencian el efecto de otros contaminantes gaseosos