Módulo 1 tratamiento y_control_de_emisiones_contaminantes_at

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MÓDULO 1. TRATAMIENTO Y CONTROL DE EMISIONES CONTAMINANTES ATMOSFÉRICAS.

Tema I. Introducción

1.1 Contaminación 11.2 Contaminción atmosférica 21.3 Composición del aire limpio 31.4 Contaminantes de aire1.4.1. Clasificación de contaminantes1.4.1.1 Por su origen 31.4.1.2 Mecanismo de formación 41.4.1.3 Estado físico 41.4.1.4 Composición física 51.4.2 Principales contaminantes 51.4.2.1 Ozono 61.4.2.2 Óxido de Nitrógeno 71.4.2.3 Óxidos de Azufre 71.4.2.4 Monóxido de Carbono 81.4.2.5 Partículas atmosféricas 91.5 Manejo de unidades 121.6 Efectos de la contaminación atmosférica 141.6.1 Ozono 141.6.2 Óxido de Nitrógeno 151,6,3 Òxido de Azufre 151.6.4 Monóxido de Carbono 161.6.5 Partículas atmosféricas 16

Tema II. Emisiones

2.1 Tipos de fuentes de emisión 182.1.1 Móviles 182.1.2 Estacionaria 182.1.3 Puntual 182.1.4 Àrea 182.2 Factores de emisión 192.2.1 Factores de emisión basados en procesos 192.2.2 Factores de emisión basados en censos socioeconómicos o depoblación

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2.3 Inventario de emisiones 212.4 Medición de emisiones 222.4.1Métodos de muestreo de contaminantes atmosféricos 222.4.2 Normas de emisión 27






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1.1 Contaminación

La contaminación en general se define como un cambio indeseable en las característicasfísicas, químicas o biológicas del aire, agua o suelo, y que puede afectar de manera adversa lasalud, la supervivencia o las actividades del ser humano y de otros organismos. Lasconsecuencias de la contaminación, que en un principio eran consideradas como simplesmolestias, hoy son reconocidas como amenazas potenciales tanto para la naturaleza como para lapoblación humana. Entre los diversos problemas ambientales causados por la intervención del hombresobre la naturaleza, uno de los más significativos y extendidos es la contaminación atmosférica.

1.2 Contaminacion atmosférica

La contaminación atmosférica se define como la presencia de agentes ambientales en nivelestales que rebasan sus concentraciones naturales en la atmósfera. El desarrollo tecnológico y susdesechos, el crecimiento demográfico, la industrialización y el uso de nuevos métodos deagricultura tecnificada son algunos de los factores que contribuyen a la contínua introducción enla atmósfera de cantidades cada vez mayores de sustancias tanto sintéticas como naturales quedegradan la calidad del aire. Por su parte, fenómenos naturales como erupciones volcánicas eincendios forestales también contribuyen a superar los niveles de algunas especies que seconvierten en contaminantes potenciales para la atmósfera.

En 1984, la American Public Health Association (APHA) definió la contaminaciónatmosférica como la presencia en la atmósfera extramuros de uno o más contaminantes en talescantidades o del tal duración que resulten perjudiciales para el hombre, animales, plantas o elcurso normal de las actividades humanas. La contaminación se refiere, por lo tanto, al hecho dealterar la composición natural del aire con elementos, sustancias o materiales extraños (Rivero, etal., 2000).

En nuestro país, los primeros estudios sobre contaminación atmosférica, se iniciaron en losaños sesenta, en la zona metropolitana de la ciudad de México, por un grupo pionero encabezadopor el Dr. Humberto Bravo Alvarez de la Universidad Nacional Autónoma de México (Bravo, 2004),quienes centraron sus investigaciones en estudios relacionados con la presencia de partículasatmosféricas y su composición química así como también, estudios de precipitación ácida yefectos ambientales sobre la población y materiales.






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1.3 Composición del aire limpio

Para definir un contaminante del aire primero debemos especificar la composición del aireseco (Tabla 1), posteriormente se clasifican todos los materiales o sus cantidades aumentadas a lacomposición global de aire seco, considerando como contaminantes, aquéllas especies cuyapresencia daña a personas, plantas, animales o materiales.

Tabla 1.- Composición química del aire seco

Permanentes % enVolumen Variables % en

VolumenMuy

variables% en

Volumen

Nitrógeno (N2) 78.08 Dióxido deCarbono (CO2) 0.03 Agua (H2O) 0-5

Oxígeno (O2) 20.95 Metano (CH4) 0.00015 Monóxido decarbono (CO) 0.00001

Argón (Ar) 0.93 Hidrógeno (H2) 0.00005 Amoniaco (NH3) 0.0000006

Helio (He) 0.00052Monóxido dedinitrógeno(N2O)

0.00002 Dióxido denitrógeno (NO2) 0.0000001

Neón (Ne) 0.00018 Ozono (O3) 0.000002 Dióxido de azufre(NO2) 0.00000002

Kryptón (Kr) 0.0001 Sulfuro deHidrógeno (H2S) 0.00000002

Xenón (Xe) 0.000008

1.4.-Contaminantes del aire

Los contaminantes del aire se pueden clasificar de acuerdo a su origen, mecanismo de formación,estado físico y composición química.

1.4.1 Clasificación de contaminantes

1.4.1.1 Por su or igen:

De acuerdo a su origen pueden ser de fuentes naturales o antropogénicos. Se consideranfuentes naturales, aquéllas emisiones provenientes de procesos tanto bióticos como abióticos, enlos cuales no tiene influencia directa la actividad humana. Los primeros se encuentran presentesen todos los ecosistemas y procesos naturales, por ejemplo el fitoplancton de los océanos queemite compuestos orgánicos volátiles, o respiración de los seres vivos que aportan dióxido decarbono, diversos gases derivados de la actividad microbiana y la liberación de fitohormonas porplantas superiores, entre otras. Por otro lado, los abióticos incluyen fuentes geológicas, tormentaseléctricas, quema de biomasa, etc. (Guenther et al. 2000).

Las fuentes antropogénicas son las que se emiten directamente a la atmósfera comoproducto de las actividades cotidianas. Se clasifican considerando su localización fija o móvil.

Las fuentes móviles incluyen diversos tipos de vehículos de motor utilizados en el transportey las fuentes fijas, que a diferencia de las anteriores se localizan en un punto determinado yprovienen principalmente de plantas industriales y estacionarias, ya sea manufactureras o deproducción, que suelen generar emisiones a través de chimeneas, conductos de aire, etc.






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1.4.1.2 Mecanismos de formación: pr imarios y secundarios

Una vez emitidos a la atmósfera, los contaminantes pueden sufrir transformacionesquímicas que alteran su naturaleza. Dado lo anterior, se pueden clasificar en dos tipos:primarios, que son agentes que se emiten de forma directa a la atmósfera y los secundarios, queson aquéllos que se forman por reacciones químicas entre contaminantes primarios, componentesnaturales de la atmósfera o efecto de la radiación incidente. En la Tabla 2, se encuentra una listade contaminantes de interés originados por proceso primarios y secundarios encontradosnormalmente en atmósferas contaminadas (Dams, et al., 1975).

Tabla 2.-Tipos de contaminantes del aire

1.4.1.3 Estado físico

Por su estado físico los contaminantes puede ser clasificados como gases y partículas en laatmósfera , las cuales incluyen sólidos y líquidos. Los gases presentes en la atmósfera comocontaminantes, se comportan como el mismo aire, esto es, una vez difundidos no tienden adepositarse.

Con respecto a las partículas, las de mayor tamaño se depositan rápidamente y producen susefectos cerca de la fuente; el tamaño mediano se alejan más y eventualmente se depositan a unacierta distancia de la fuente; mientras que las partículas más pequeñas se comportan casi igual aun gas, esto es, se mantienen suspendidas y son transportadas por los vientos a mayor distancia.

1.4.1.4 Composición química:

Con respecto a su composición química dichos contaminantes se clasifican como orgánicos einorgánicos. Los orgánicos se pueden definir como que contienen Carbono e Hidrógeno, pudiendocontener además otros elementos; los inorgánicos incluyen los compuestos simples del Carbonocomo son C0 y CO2 , partículas metálicas, óxidos de Azufre, óxidos de Nitrógeno, etc. En la tabla 2se muestran algunos ejemplos de los contaminantes orgánicos e inorgánicos.

Tabla 3.-Clasificación de contaminantes de acuerdo a su composición química

Clase Sub-clase ContaminantesGases orgánicos Hidrocarburos

Aldehídos,cetonas

Hexano, benceno, etileno-metano,butanoFormaldehídos, acetonaHidrocarburos clorados, alcoholes

Primarios SecundariosMonóxido de carbono (CO) Ozono (O3)Óxidos de nitrógeno(NOX,especialmente NO y NO2) NitratosÓxidos de Azufre ( SO X,especialmente SO2) SulfatosCompuestos orgánicos:Hidrocarburos y compuestosorgánicos volátiles.

Cetonas, aldehidos, ácidosgrasos

Otros: amoniaco (NH3), sulfuro deHidrógeno (H2S), Dióxido deCarbono (CO2), Metales, etc.

Oxidantes fotoquímicos: Nitratode peroxiacetilo y Nitrato deperoxibencilo y otros.

Materia particulada Materia particulada






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Gases inorgánicos Oxídos de NitrógenoOxídos de AzufreOtros

Partículas sólidasPartículas líquidas

Bióxido de nitrógeno, óxido nítricoBióxido de azufre, trióxido de azufreAcidos sulfhídrico, ácido fluorhídrico,amoniaco, cloroPolvo, humosNeblina , aerosoles

1.4.2 Principales contaminantes

Entre los principales contaminantes que podemos encontrar en el aire y que han sido estudiadosson el ozono (O3), óxidos de nitrógeno (NO, NO2, NOx), dióxido de azufre (SO2), monóxido decarbono (CO) y partículas.

1.4.2.1 Ozono

El ozono es una molécula triatómica formada por átomos de oxígeno. Es un alótropo deloxígeno mucho más reactivo que el oxígeno diatómico (O2). El ozono es un poderoso oxidante quereacciona rápidamente con otros compuestos químicos, es inestable cuando se encuentra en altasconcentraciones. Bajo condiciones atmosféricas normales el ozono decae a oxígeno diatómico enun lapso de aproximadamente 30 minutos.

El ozono es un componente natural de la atmósfera que se encuentra en bajasconcentraciones y es vital para la vida. La mayor parte del ozono se encuentra en la parte superiorde la atmósfera, en una región de la estratósfera a más de 10 km de la superficie, llamadaozonósfera en donde se concentra más del 90% del ozono atmosférico y forma una capa que limitael ingreso de radiación ultravioleta proveniente del Sol.

1.4.2.2 Oxido de Nitrógeno

Los óxidos de nitrógeno son un grupo de gases conformado por el Nitrógeno y Oxígeno queincluyen compuestos como óxido nítrico (NO), dióxido de Nitrógeno (NO2) y monóxido dinitrógeno(N2O). El término NOx se refiere a la combinación de estas tres sustancias (Wark y Warner, 1998).

Los procesos naturales y los realizados por el hombre producen óxidos de nitrógeno. Aescala global, la emisión natural de óxido de Nitrógeno resulta casi 15 veces mayor que larealizada por el hombre (Andrés et al., 1999). Las fuentes más comunes de óxidos de nitrógeno enla naturaleza son excretas de animales, suelos, ecosistemas naturales, descomposición bacterianapor procesos de nitrificación y desnitrificación (ecuaciones 1 y 2 respectivamente), incendiosforestales, tormentas eléctricas, la agricultura y actividad volcánica. Las fuentes principales deemisión antropogénica son los escapes de los vehículos y la quema de combustibles fósiles y lautilización masiva de fertilizantes nitrogenados (Figura 1) (Shishir y Patil, 2001; Orozco et al.,2003).

NH3 + O2 NO3− + 2H+ (1)C6H12O6 + NO3- 6CO2 + 3H2O + 6OH- + 3N2O (2)






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Figura 1.- El ciclo del Nitrógeno, muestra las fuentes de emisión y los mecanismos de eliminaciónde NOx en la atmósfera (Orozco et al., 2003).

Durante el proceso de combustión, el Nitrógeno presente en el combustible y aire se oxida paraformar óxido nítrico y algo de dióxido de Nitrógeno (Ecuación 3). El óxido nítrico emitido a laatmósfera se convierte en dióxido de Nitrógeno mediante reacciones secundarias condicionadaspor la luz solar (Ecuación 4) (Treviño y Méndez, 1999).

N2 + O2 2NO (3)

2NO + O2 2NO2 (4)

1.4.2.3 Óxidos de Azufre

Los SOx son un grupo genérico de contaminantes que incluye muy diversas especies de óxidos,pero la especie primaria es el dióxido de Azufre (SO2). Estos compuestos son emitidos a laatmósfera por las fuentes de consumo de combustibles que contienen azufre (carbón,combustóleo, gasolina y diesel), así como por diversos procesos metalúrgicos y químicos queinvolucran el manejo de materiales sulfurados (por ejemplo, altos hornos, refinerías y plantas deproducción de ácido sulfúrico). Los SOx son importantes precursores de PM secundarias. Enalgunos casos, el SO2 emitido se oxida y se convierte en trióxido de Azufre (SO3) y luego en Ácidosulfúrico (H2SO4) o sulfatos (SO4 2-) en forma de aerosoles.

El dióxido de Azufre (SO2) es un gas incoloro de olor característico, constituído por un átomo deAzufre y dos átomos de Oxígeno en su estructura molecular.

El SO2 de origen antropogénico es causado por la combustión de combustibles que contienenAzufre (diesel, combustóleo, carbón y petróleo) y la fundición de minerales ricos en sulfatos, asícomo la quema de biomasa en rellenos sanitarios e incendios forestales (Orozco et al., 2003).

Los compuestos que contienen azufre también se encuentra presentes en la atmósfera de formanatural. Estos compuestos provienen de la descomposición bacteriana de la materia orgánica, delos gases volcánicos, pantanos y manglares. Sin embargo, su contribución en el balance total de






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SO2 resulta muy pequeña en comparación con el producido en los centros urbanos e industrialescomo resultado de las actividades humanas (Figura 2).

Figura 2.- Ciclo del Azufre, muestra las fuentes de emisión y los mecanismos de eliminación deSO2 en la atmósfera (Orozco et al., 2003).

La permanencia media de SO2 en la atmósfera es de algunos días, y depende de la rapidezcon la cual se convierta en trióxido de azufre por acción de la radiación solar (Ecuación 1) y enácido sulfúrico (H2SO4) por absorción de humedad (Ecuación 2).

SO2 + O2 SO3 (1)

SO3 + H2O H2SO4 (2)

1.4.2.4 Monóxido de Carbono

El monóxido de carbono es un gas incoloro, inodoro e insípido, poco soluble en agua. Estáformado por un átomo de Carbono ligado covalentemente a un átomo de Oxígeno. Es poco solubleen agua y su densidad es ligeramente menor que la del aire.

El monóxido de Carbono se produce de la combustión parcial de los compuestos quecontienen carbono, principalmente de los motores de combustión interna. En condiciones endonde la disponibilidad de Oxígeno es insuficiente, el monóxido de Carbono se formapreferentemente sobre el dióxido de Carbono.

El monóxido de carbono es un compuesto altamente tóxico, sin embargo juega un papelimportante en la síntesis y producción de una gran cantidad de productos. El origen del CO esdiverso, entre las fuentes naturales que lo producen se encuentran la quema de biomasa y laoxidación de compuestos orgánicos como el isopreno y el metano.






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1.4.2.5 Partículas atmosféricas

Por definición las partículas son cualquier material, excepto agua no combinada, que existeen estado sólido o líquido en la atmósfera o en una corriente de gas bajo condiciones normales.Esta dispersión, es lo que se denomina aerosol atmosférico. Dichas partículas son responsablesde problemas de contaminación del aire que ocurren principalmente en zonas urbanas (Cass,1998). Usualmente las partículas con un diámetro de entre 0.0002 y 100 µm se designan en suconjunto como partículas suspendidas totales (PST).

Origen

Más del 80 % de las partículas presentes en la atmósfera tienen origen natural, yprovienen principalmente de aerosoles marinos, productos de erosión por el viento, incendiosforestales, erupciones volcánicas, polen, bacterias, semillas de plantas, etc. Respecto al origenantropogénico, las fuentes emisoras más importantes son: la quema de combustibles fósiles,vehículos y procesos industriales tales como cementeras, canteras, minería, trituración de piedray roca, industria siderúrgica, tratamiento de residuos sólidos, etc.

Composición y tamaño

La magnitud de los problemas originados en la contaminación por partículas atmosféricas sepresenta en función de su rango de tamaño, concentración y composición química. Tomando encuenta que cuando se mide la concentración por partículas, generalmente no se hace distinciónalguna respecto a la naturaleza química de las mismas, por ello resulta de especial importancia elconocer estos factores. Las partículas presentes en el aire, presentan composición químicadiversa, tal y como se describe a continuación (Dereck, 1990):

Compuestos inorgánicas: Como sulfatos y nitratos; aerosoles marinos; amonio, generado apartir de amoniaco gaseoso; silicio, proveniente de la erosión terrestre y partículascarbonáceas de carácter inorgánico.

Compuestos orgánicos: Estos compuestos se presentan en la atmósfera en forma gaseosa oformando parte de aerosoles en donde sufren procesos de transformación gas-partícula, suorigen depende de las fuentes de emisión, pudiendo ser biogénicas naturales (ejemplocompuestos terpénicos y aceites vegetales); geológicas (combustibles fósiles); y sintéticas oantropogénicas (como insecticidas, dioxinas y benzofuranos).

Metales: Se pueden encontrar en forma atómica o iónica (sales y óxidos), entre los másabundantes se hallan el Calcio y Alumnio provenientes de procesos de erosión de la cortezaterrestre, algunos procesos industriales dan lugar a la introducción de Plomo, Cadmio yHierro.

El tamaño de una partícula define su comportamiento, destino final, así como incidencia ypeligrosidad. En general las partículas arrastradas por el aire varían su tamaño desde 0.001 µm a500 µm . Con respecto, a su forma, las partículas líquidas son siempre esféricas y las partículassólidas las podemos encontrar de forma poliédrica, laminar, cilíndrica o fibrilar. En función de sudiámetro se clasifican en tres grupos (Figura 3).






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Figura 3.- Distribución de partículas según su diámetro aerodinámico

a) Partículas de Aitken o finas.-

Son de tamaño menor a 0.1 µm de diámetro, muestran un comportamiento similar al de lasmoléculas, dispersan la luz, se caracterizan por un desplazamiento aleatorio causados porcolisiones con moléculas gaseosas y generalmente tienen un efecto insignificante sobre lavisibilidad de la atmósfera.

b) Partículas medias.-

Se encuentran en suspensión y son aquéllas cuyo diámetro está comprendido entre 0.1 y 10 µm.Las partículas entre 0.1 y 1 µm tienen velocidades de asentamiento estático, mientras queaquellas mayores a 1 µm tienen la propiedad de interceptar la luz y velocidad de asentamientosignificativa. Dentro de estas se distinguen las denominadas PM2.5 (con diámetro menor a 2.5 µm)y PM10 (con diámetro menor a 10 µm).

c) Partículas sedimentables o gruesas,

Son aquéllas con diámetro superior a 10 µm, permanecen en el aire durante períodos de tiemporelativamente cortos.

Todas las partículas presentes en la atmósfera acaban depositándose en la corteza terrestre. Lasmás pequeñas sufren procesos de coagulación, mientras que las mayores de una u otra manerafinalmente se depositan. Algunas pueden actuar como precursoras de lluvia ácida, medianteprocesos de condensación, ya que aquéllas que por su composición química son solubles en aguatienden a condensar formando pequeñas gotas de soluciones saturadas. Cuando la humedadrelativa del aire supera la presión de vapor de estas disoluciones, se produce mayor condensaciónde agua, aumentando así el radio de la partícula e incrementando su posibilidad desedimentación.

Partículas finas Partículas Gruesas

PST

Hi VolRango deaerosoles

PM 10

PM 2.5

Diám etro aerodinám ico de partícula (Da), m

Partículas suspendidas Totales (PST)

PM 10

PM 2.5 PM ( 10-2.5

Dife

renc

ia d

em

asas

/ Dife

renc

ia(lo

gDa)

,m

3






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Por otra parte, las partículas atmosféricas son capaces de absorber hidrocarburos aromáticospolicíclicos como el benzo(a)pireno, incrementando de esta manera la capacidad de penetración deestos compuestos al aparto respiratorio, prolongando su vida media y por consiguiente,magnificando sus efectos.

Partículas Suspendidas totales (PST)

En 1926, el Servicio de Salud Pública de los Estados Unidos hizo observaciones sobre la carga departículas atmosféricas en ciudades como Buffalo, Nueva Orleans, Baltimore, Detroit, LosÁngeles, San Francisco y Washington. En ellos se observaron niveles de 6,600 µg de partículaspor metro cúbico de aire. Hacia 1971 la Agencia de protección ambiental de los Estados Unidos(EPA) estableció el estándar primario de calidad del aire para la materia particulada total ensuspensión (MPTS) en 75 µg/m3 como media geométrica anual y una concentración de 260 µg /m3

a un período de 24 hrs y que no debe ser excedido más de 1 vez por año. En la Tabla 4, semuestran los límites actuales de protección a la salud de PST establecidos por la EPA y en laTabla 5, los valores normados en México.

Tabla 4 Límites máximos permisibles de partículas atmosféricas en EE.UU.

Tipo de partícula 24 horas Media aritmética anualPST 260 µg /m3 75 µg /m3

PM 10 150 µg /m3 50 µg /m3

PM 2.5 35 µg /m3 15 µg /m3

Fuente : EPA -Estandard National de Aire ambiente para contaminación por partículasatmosféricas.

Tabla 5 Límites permisibles de partículas atmosféricas según las Normas Oficiales Mexicanas

Tamaño departícula

Exposición agudaConcentraciónPromedio 24 h

Exposicióncrónica

Promedio anual

NormasOficiales

MexicanasPST 210 µg/m3 - NOM-024-SSA1-1993PM10 120μg/m3 50 μg/m3 NOM-025-SSA1-1993PM2.5 65μg/m3 15μg/m3 NOM-025-SSA1-1993

Fuente : NOM-024-SSA1-1993, NOM-025-SSA1-1993 y NOM-025-SSA1-1993)

1.5 Manejo de unidades

La unidad de medida que se emplea para los contaminantes de aire es en µg/m3 (medidaestandarizada por el Sistema Internacional de Medidas) y en partes por millón (ppm) -que es elmás utilizado- que se refiere al número de veces que un contaminante gaseoso se encuentra enun millón de partes de aire. Las siguientes ecuaciones sirven para relacionar ppm con µg/m3 :

En el caso de la contaminación del aire cuando nos referimos a partes por millón (ppm), ésta esuna relación volumétrica teniéndose la siguiente expresión:

L de contaminante------------------------ = ppm

Litro de aire






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ó

ml de contaminante------------------------ = ppm

m3 de aire

En algunas ocasiones se encontrará la expresión “ppmv” que se refiere a una relación devolúmenes.

Para el manejo de unidades de concentración es necesario recordar algunos conceptos de la Leyde Gases Ideales:

PV = nRT

Donde :

P: Presión atmosféricaV: Volúmen, en litros (L)T: Temperatura ambiente, en grados Kelvin (ºK)n: Número de moles, en gramo-mol (gmol)R: Constante de la Ley de Gases Ideales (0.082 l atm/gmol ºK)

Considerando que n = m/PM,Donde:

m: masa (g)PM: Peso Molecular, (g/gmol)

Por lo tanto la Ecuación que relaciona ppm con g/m3 es la siguiente considerando elVolumen molar:

PV = nRT

V/ n = VM = RT/PVM: Volumen molar: L/gmol

Es importante mencionar que se tiene que considerar las a condiciones estándar P = 1atmósfera, T = 25 ºC = 298.15 ºK

0.082 l atm/gmol ºK x 298.15 ºKVM = --------------------------------------- = 24.4 l/gmol

1 atm

ppm x PM ml/m3 x mg/mgmolg/m3= --------------x 103 g/m3 = ----------------------- x 103 g/mg

24.4 ml/mgmol






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Manejo de Unidades de concentración Ecuación: efecto de presión temperatura

Por lo anterior se deben considerar las condiciones del sitio de muestreo para la conversión ycálculo de las concentraciones de los contaminantes atmosféricos , tomando en cuenta lassiguientes fórmulas:

PL VL PR VR L: Condiciones del lugar------- = -------- R: Condiciones de referencia

TL TR o estándares (1 atm, 25ºC)

Concentración = C = M/VEntonces V= M/C

VL = ML/CL , VR = MR/CR

Como la masa no sufre variación con respecto a la temperatura y presión: MR = ML ysustituyendo VL y VR la expresión queda de la siguiente manera:

PL PR----- = ------ , CR = CL(PR/PL)(TL/TR)TLCL TRCR






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1.6 Efectos de la contaminación atmosférica ( a la salud y al ambiente)

1.6.1 Ozono (O3)

El ozono no puede penetrar a través de las membranas celulares o las capassurfactantes de las células, por lo que sus efectos biológicos pueden serprovocados por intermediarios tales como radicales libres, aldehídos, peróxido dehidrógeno, entre otros.

Cuando el tracto respiratorio es expuesto al ozono se produce daño en el mismo,el alcance dependerá de la concentración de ozono, la duración de la exposición,los patrones de exposición y la ventilación. La limpieza mucociliar decrece por laexposición aguda. Los macrófagos alveolares, responsables de la limpieza en laregión pulmonar y participantes en la respuesta inmune, pueden disminuir sufagocitosis y su actividad metabólica antimicrobial, incrementar la liberación deprostaglandinas y alterar su cantidad. Estos efectos junto con otros sobre losmecanismos de defensa resultan en un incremento en la susceptibilidad a lasinfecciones respiratorias.

Los estudios epidemiológicos han encontrado asociaciones entre los nivelesdiarios de ozono y la mortalidad, las admisiones hospitalarias y el ingreso a salasde emergencia. Este contaminante se asocia a síntomas respiratoriosespecialmente tos. En asmáticos expuestos diariamente, se ha reportado unincremento en la incidencia de ataques asmáticos y síntomas respiratorios.

El ozono reduce la función pulmonar y hace más difícil la respiración profunda yvigorosa. Cuando esto sucede, la respiración comienza a sentirse incómoda. Si serealiza ejercicio o trabajo al aire libre, se puede notar una respiración más rápiday superficial de lo normal. Puede empeorar el asma, cuando los niveles de ozonoson altos. Más personas tienen ataques que requieren atención médica o el usoadicional de medicamentos debido a que el ozono favorece la susceptibilidad delorganismo a los alérgenos (agentes que provocan los ataques). Otros efectosseveros para las personas que padecen esta enfermedad son función pulmonarreducida e irritación en el sistema respiratorio.

También pueden empeorar las enfermedades pulmonares crónicas tales como elenfisema y la bronquitis y reducir la capacidad del sistema inmunológico paradefenderse de las infecciones bacterianas. El ozono puede causar dañopermanente al pulmón. El daño en el corto plazo por causa del ozono en lospulmones de niñas en desarrollo, puede resultar en una función pulmonarreducida en la edad adulta. En los adultos, la exposición al ozono puede acelerarla disminución natural de la función pulmonar que ocurre como parte del procesonormal de envejecimiento.Criterios para evaluar la calidad de aire

En México la Norma Oficial Mexicana NOM-020-SSA1-1993 establece un límitemáximo permisible para ozono de 0.11 ppm, o lo que es equivalente a 216 µg/m3,






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en una hora, para no rebasarse ninguna vez al año, para protección a la salud dela población susceptible.1.6.2 Óxidos de Nitrógeno (NO, NO2, NOx)

El óxido nítrico es relativamente inofensivo, pero el dióxido de nitrógeno puede causarseveros efectos en la salud, dañando el sistema respiratorio debido a que es capaz de penetrar aregiones pulmonares (Panella et al., 1998).

Los NOx asimismo afectan algunos materiales orgánicos como los polímeros y los textiles.Estos óxidos reaccionan con H2O para formar lluvia ácida (Ecuación 1), un producto secundariode atmósfera que afecta severamente a los sistemas ecológicos y provoca disolución de materialespétreos y corrosión de metales (Kucera, 2002).

3NO2 + H2O 2HNO3 + NO (1)

También reacciona con el ozono contribuyendo a la formación de neblumo fotoquímico(Ecuación 2).

O3 + NO NO2 + O2 (2)

Criterios para evaluar la calidad de aire

En los criterios para evaluar la calidad del aire se establece una concentración de 0.21 ppm o loque es equivalente a 395 µg/m3 de dióxido de Nitrógeno (NO2) en el aire, esto como medida deprotección a la salud (NOM-023-SSA1-1993).

1.6.3 Óxidos de azufre

Los óxidos de azufre causan generalmente problemas en la zona superior del sistema respiratoriodonde afectan zonas bronquiales y provocan irritación de ojos y garganta.

Aparte, el mayor perjuicio lo causan cuando junto con la humedad y material particuladoexistentes en el aire forman nieblas de ácidos sulfúrico y sulfuroso (neblinas y lluvias ácidas), queaumentan la degradación de los materiales pétreos y la velocidad de corrosión de metales,afectando gravemente la infraestructura industrial, civil e histórica. Por otra parte, estas nieblastambién perturban la productividad de sistemas ecológicos.

1.6.4 Monóxido de carbono (CO)

Entre los efectos que provoca el CO se encuentra la disminuciòn de la capacidad de concentracióny el rendimiento intelectual, como producto del decremento del transporte de Oxigeno en lacorriente sanguínea. El CO compite con el oxígeno por los sitios activos de la hemoglobina y, unavez adherido el monóxido, es retenido 200 veces más fuerte que el Oxígeno. También se sabe quebajo estas circunstancias el poco oxígeno que llega a adsorberse es más difícil de desprenderse enpresencia del monóxido, por lo que se limita la oxigenación celular.

La concentración de aire limpio en tierra es de 0 a 10 ppm y se tiene que a concentraciones de120 ppm durante una hora producen dolor de cabeza, mareos y pesadez. El nivel de CO en lasangre aumenta, aproximadamente, 9% para concentraciones en el aire de 70 ppm y ello equivalea una disminuciòn del aporte del oxígeno de entre 13% y 37%; por lo que bajo estas condicionesel corazón aumenta su actividad en 44%, se disminuye la agudeza visual y la visión nocturna.






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Criterios para evaluar la calidad del aire

En los criterios para evaluar la calidad del aire se establece una concentración de 0.13 ppm o loque es equivalente a 341 µg/m3 de dióxido de Azufre (SO2) en el aire, como medida de protección ala salud (NOM-022-SSA1-1993).

1.6.5 Part ículas Atmosféricas

La contaminación por partículas origina importantes efectos sobre los seres vivos, materiales yprocesos atmosféricos globales. La vegetación es afectada negativamente por cantidades excesivasde partículas, que recubren las hojas y taponan los estomas, de ahí la menor absorción de dióxidode Carbono atmosférico y la mayor intensidad de los rayos de sol que alcanza el interior de lahoja, lo que causa la detención del crecimiento de algunas plantas (Dereck, 1990).

Los efectos nocivos que ocasiona sobre los animales y el hombre, se derivan de su actuación en elsistema respiratorio; el mayor o menor poder de penetración en el mismo viene determinado porsu tamaño. Las partículas gruesas no llegan hasta los pulmones, ya que son eliminadas por lasregiones altas del sistema respiratorio, aunque en ocasiones pueden causar alergias y otro tipo deafecciones. Las partículas finas, comprendidas entre 0.01 y 2.5 originan efectos graves, debido aque se llegan a depositar en la periferia del pulmón, e incluso las más pequeñas son capaces dellegar hasta los alveolos pulmonares. Una gran cantidad de estudios han demostrado laasociación entre enfermedades respiratorias y contaminación por PST en la atmósfera (Rivero, etal.1993)

La disminución de la visibilidad, debida a la absorción y dispersión provocadas por partículas, esuno de los efectos más evidentes de la contaminación atmosférica pues intervienen en laformación del smog fotoquímico. Además son causa frecuente de alteración de constituyentestípicos del suelo y propiedades fisicoquímicas del agua, así mismo resultan precursores para laformación de la lluvia ácida.

Esta disminución de la visibilidad, es debida a la absorción y dispersión provocada por losaerosoles sólidos y líquidos donde la humedad juega un papel importante, porque lacondensación se produce sobre partículas higroscópicas con niveles de humedad entorno al 70%.En ocasiones las partículas actúan como núcleos de condensación y enfriamiento junto con elviento. En fuentes industriales y zonas urbanas, las partículas atmosféricas se relacionanfrecuentemente con episodios de precipitación (Muñoz, et al. 2001).

Entre los efectos más importantes observados sobre materiales se encuentran un aumento en lavelocidad de corrosión de metales. La corrosión puede originarse por la propia naturaleza químicade las partículas o por el hecho de que sobre las mismas puede absorberse sustancias corrosivas,especialmente en atmósferas húmedas y en presencia de aerosoles marinos. También ensucian yennegrecen las superficies de los materiales sobre los que se depositan, induciendo procesos dedisolución por precipitación ácida como ocurre frecuentemente en materiales pétreos, lo queocasiona importantes gastos por mantenimiento, reparación y limpieza de fachadas en edificioshistóricos al acortarse la vida de estos materiales.






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Tema II. Emisiones

2.1 Tipos de fuente de emisión

Para determinar a los tipos de fuentes de emisión comúnmente se usan cuatro términos:

a) Fuentes móviles

Incluyen fuentes provenientes de los aviones, helicópteros, ferrocarriles, tranvías,tractocamiones, autobuses, camiones, automóviles, motocicletas, embarcaciones, equipo ymaquinarias no fijas con motores de combustión y similares, que por su operación generen opuedan generar emisiones contaminantes a la atmósfera. Si bien la definición de fuente móvilincluye prácticamente a todos los vehículos automotores, la NOM para fuentes fijas se refierebásicamente a las emisiones de automóviles y camiones. Los motores de los vehículos son losresponsables de las emisiones de CO, de compuestos orgánicos volátiles, SO2 , y NOx, producidosdurante la combustión.

b) Estacionaria

Las fuentes estacionarias son las instalaciones no movibles, tales como plantas de energía yestablecimientos industriales

c) Puntual

Una fuente puntual se refiere a una fuente en un punto fijo, tal como una chimenea o tanque dealmacenamiento que emite contaminantes. Básicamente son derivadas de la generación deenergía eléctrica y de actividades industriales como son: la química, textil, alimentaria, maderera,metalúrgica, metálica, manufacturera y procesadora de productos vegetales y animales, entreotras. Las emisiones derivadas de la combustión utilizada para la generación de energía o vapor,dependen de la calidad de los combustibles y de la eficiencia de los quemadores, mantenimientodel equipo y de la presencia de equipo de control al final del proceso (filtros, precipitadores ylavadores, entre otros). Los principales contaminantes asociados a la combustión son partículas(SO2 NOx, CO2, CO e hidrocarburos).

d) ÁreaUna fuente del área se refiere a una serie de fuentes pequeñas que en conjunto pueden afectar lacalidad del aire en una región.

Incluyen la generación de aquellas emisiones inherentes a actividades y procesos, tales como elconsumo de solventes, limpieza de superficies y equipos, recubrimiento de superficiesarquitectónicas, industriales, lavado en seco, artes gráficas, panaderías, distribución yalmacenamiento de gas LP, principalmente. Esta fuente también incluye las emisiones deactividades como son: el tratamiento de aguas residuales, plantas de composteo, rellenossanitarios, entre otros. En este tipo de emisión se encuentra un gran número de contaminantes,de muy variado nivel de impacto en la salud.Es importante mencionar que dichas emisiones a la atmósfera pueden ser “medidas o estimadas”.






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I.-Medidas mediante un monitoreo: Monitoreo en fuente.II.-Estimadas mediante su cálculo: cálculo estequiométrico; es decir, mediante la aplicación defactores de emisión.

2.2. Factores de emisión

Un factor de emisión es una relación entre la cantidad de contaminante emitido a la atmósfera yuna unidad de actividad. Los factores de emisión, en general, se pueden clasificar en dos tipos:los basados en procesos y los basados en censos. Por lo general, los primeros se utilizan paraestimar.

Emisiones de fuentes puntuales y a menudo se combinan con los datos de actividad recopiladosen encuestas o en balances de materiales. Por otro lado, los factores de emisión basados encensos se usan generalmente para estimar emisiones de fuentes de área.

2.2.1 Factores de emisión basados en procesos

En muchos países se han realizado múltiples estudios para determinar las tasas de emisiónpromedio de diferentes procesos que son fuentes de emisiones. Puesto que con frecuencia no serequiere ni es económicamente factible hacer un muestreo en cada fuente de emisión, se usan losresultados de muestreos de «fuentes representativas» para desarrollar factores de emisión, loscuales se expresan como unidades de masa de contaminante emitido por unidad de proceso.Entre las unidades de proceso más comunes se encuentran el consumo de energía, el consumo demateria prima, las unidades de producción, el calendario de operación, o el número dedispositivos ó las características de éstos.

La fuente de consulta más extensa para factores de emisión con base en procesos es eldocumento AP-42 {Compilation of Air Pollutant Emission Factors (U.S. EPA, 1995a)} el cualcontiene los factores de emisión determinados en estados Unidos para una gran cantidad deactividades. La referencia principal para factores de emisión específicos para contaminantestóxicos del aire es el sistema de datos FIRE (U.S. EPA, 1995b). Otro documento de referencia es laguía “Rapid Source Inventory Technique” publicado por la Organización Mundial de la Salud(WHO, 1993) donde se encuentran factores de emisión para diversos conjuntos de fuentes. Estosfactores de referencia internacionales también se encuentran en documentos de guía parainventarios de gases de efecto invernadero (Intergovernmental Panel on Climate Change [IPCC].

2.2.2 Factores de emisión basados en censos socioeconómicos o de población

El uso de factores de emisión basados en censos es un método eficiente para estimar emisiones defuentes de área que no se pueden caracterizar a través de datos de actividad, consumo decombustibles y/o consumo de materias primas, los cuales son imprescindibles para aplicarfactores de emisión basados en procesos. Además, comparada con otras técnicas de estimación deemisiones, la estimación de emisiones con factores de emisión basados en censos puede ser unaopción más costo-efectiva dado que los datos de censos ya están disponibles en la mayor parte delas regiones donde se realizan inventarios de emisiones.

Es importante recordar que los factores de emisión basados en censos son más exactoscuando se aplican a toda la región para la que el factor de emisión fué desarrollado que cuando seaplica en áreas más pequeñas. Por ejemplo, el factor promedio de emisión de aerosoles per cápitadesarrollado para todo el país, es un factor de emisión que se basó en los datos nacionales depoblación y uso de aerosoles. La exactitud de este factor de emisión disminuye en la medida enque se aplica a regiones más pequeñas con características diferentes a las del promedio nacional.






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En este sentido, si el consumo de aerosoles per cápita en un municipio o delegación con elevadaactividad industrial es más alto que el promedio nacional, el uso de este factor de emisión«promedio» dará como resultado una subestimación de las emisiones.






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2.3 Inventario de emisiones

Un “inventario de emisiones” nos proporciona un listado de la cantidad de contaminantes detodas las fuentes que son enviados a la atmósfera durante un período de tiempo determinado. Loslímites del área a considerar para conocer las fuentes responsables de las emisiones decontaminantes, deben ser establecidos.

Los inventarios de emisiones son muy útiles tanto para las agencias de control como para las deplaneación urbana o industrial, para que de esta manera lleven a cabo las estrategias de controlnecesarias para obtener la calidad de aire deseada. Con el apoyo de modelos matemáticosapropiados y el inventario de fuentes, es posible determinar el grado de control necesario paracumplir con las normas de calidad del aire.

Para desarrollar un inventario de fuentes de emisión en un área se deben de considerar los pasossiguientes:

1. Listar los tipos de fuentes existentes en el área

2. Determinar el tipo de contaminantes que son emitidos

3. Revisar en la literatura los factores de emisión para cada una de las fuenteslocalizadas en el área.

4. Determinar el número y tamaño de cada fuente. En el caso de industrias esla capacidad de producción, para los combustibles es común manejar suconsumo, etc.

5. Estimar las emisiones a la atmósfera multiplicando los valores encontradosen los incisos 3 y 4.

• En el caso de las procesos industriales las emisiones son estimadas por la siguienteexpresión:

Emisión = Factor de emisión X Capacidad(Tabulado) (Información de la

industria)

• En el caso del consumo de combustibles las emisiones son estimadas por lasiguiente expresión:

Emisión = Factor de emisión X Consumo(Tabulado) (Información de la

industria)

Inventario Nacional de Emisiones 1999






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El Inventario Nacional de emisiones de México 1999, es una herramienta básica en la gestión decalidad del aire en México y que fué publicado por la SEMARNAT en septiembre de 2006,considerándose como un paso importante para la recopilación, reporte y análisis de sobre laemisión de contaminantes atmosféricos que se encuentra a disposiciones de la población engeneral; y se consideran como instrumentos indispensables en los procesos de gestión de calidaddel aire y toma de decisiones. Son el punto de partida para la implementación, evaluación y ajustede programas y medidas de control tendientes a mejorar la calidad del aire.

Este inventario contienen información de las 32 entidades federativas del país, sobre emisionescorrespondientes al años 1999 que provienen de 5 fuentes de emisión: fuentes fijas (industria),fuentes de área (pequeñas industrias y servicios), vehículos automotores (automóviles quecirculan por calles o carreteras), fuentes móviles que no circulan por calles o carreteras(maquinaria agrícola y de construcción), y fuentes naturales (volcanes y vegetación). Para dichasemisiones se incluyen 6 contaminantes como: óxidos de Nitrógeno (NOx), óxidos de Azufre (SOx),compuestos orgánicos volátiles (COVs), monóxido de Carbono (CO), amoníaco (NH3), partículas,con diámetro menor a diez micrómetros (PM10) y partículas con diámetro menor a 2.5micrómetros (PM2.5).

La información que contiene el inventario se obtiene de las cédulas de operación anual con quecuentan las industrias correspondientes a las entidades federativas de país. En el caso de lasindustrias que no cuentan con dicho documento, es necesario que sea implantado a la brevedadposible. En cuanto a las emisiones biogénicas, éstas se calculan en función de los datosmeteorológicos (temperatura y cobertura de nubes). Para las emisiones de los vehículosautomotores se recopilaron e integraron modelos de demanda de recorrido, estadísticas deconsumo de combustible, estadísticas del registro vehicular y otros conteos relacionados con elparque vehicular.

2.4 Medición de emisiones

2.4.1 Métodos de muestreo de contaminantes atmosféricos

Para estudiar la presencia de sustancias contaminantes en la atmósfera existen diversas técnicasde muestreo, cada una con ventajas y desventajas, que suelen presentarse en función de suscostos de instalación y mantenimiento, operatividad, cantidad de personal y grado de capacitaciónnecesario para el mismo.

Los sistemas de muestreo para aire de mayor uso en la actualidad, responden a cuatro tiposgenéricos, que se describen a continuación.

I) Sistemas de muestreo pasivo:

Se basan en la absorción del contaminante sobre un sustrato específico que retiene la substanciaque se quiere analizar. Luego de la exposición, las muestras son llevadas al laboratorio donde sedesorbe la sustancia de interés y se analiza cuantitativamente (Figura 4).

Estos muestreadores tienen un costo inicial muy bajo, dependiendo del tipo de sustratoabsorbente, los cuales suelen se específicos para cada contaminante. Estos sistemas resultan serrelativamente simples, sobre todo en la toma de muestra.

Los sistemas pasivos requieren infraestructura básica de laboratorio, ya que normalmente laconcentración del contaminante se determina por métodos químicos instrumentales y debido a subajo costo inicial y operativo, se pueden instalar un número significativo de ellos en grandes áreasgeográficas. Lo anterior, permite obtener información sobre la distribución espacial y geográficadel contaminante en cuestión.






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Filtro

BombaAire

Aire

Aunque por otra parte y debido a que no se hace pasar un flujo de aire por el muestreador, lacaptación del contaminante ocurre por difusión, por lo tanto se requiere de un largo periodo demuestreo, que van de 7 a 30 días. Entre las especies que normalmente son analizados conmuestreadores pasivos se tienen: SO2, NOx, Cl-, HN3, HNO3 y partículas sedimentables (Hansen etal., 1999; Plaisance et al., 2002; Bai et al., 2003).

Respecto a los óxidos de Nitrógeno, diversos estudios indican variaciones de hasta un 10 % en losvalores obtenido con muestreadores pasivos, respecto a los valores que se obtienen con métodosautomáticos basados en principios de quimioluminiscencia (Varshney and Singh, 2003).

(a) (b)Figura 4.- a) Muestreador pasivo para amonio. b) Esquema analítico de losmuestreadores pasivos.

II) Sistemas de muestreo activo:

Estos sistemas se basan en el paso de un volumen de aire, conducido mediante una bomba deaspiración, a través de un reactivo químico específico o de un medio físico de colección (Figura 5).La muestra así obtenida se lleva al laboratorio donde se analizan cuantitativamente.

El volumen de aire que se utiliza para la muestra es superior al empleado en los sistemas pasivos,por lo tanto la sensibilidad del método es mayor, pudiéndose obtener promedios horarios o diariosde concentraciones de contaminantes.

Estos sistemas son más complejos y tienen costos de instalación, mantenimiento y operación máselevados que los de los muestreadores pasivos.

(a) (b)






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Figura 5.- a) Muestreador de Alto Volumen. b) Mecanismo de operación del Muestreadorde Alto Volumen.

Entre las especies normalmente analizadas con esta técnica se tienen: VOC´S, SO2, NOx,partículas menores a 10 micrómetros (PM10), partículas menores a 2.5 micrómetros (PM2.5), etc.(Shishir y Patil, 2001; Zabalza et al., 2007).

III) Sistemas de muestreo automático

Estos sistemas utilizan alguna propiedad física o química del contaminante en cuestión de talmanera que puede ser detectado y cuantificado en forma continua, generalmente por métodosóptico-electrónicos

No es discutible la ventaja de los muestreadores de tipo activo o pasivo en cuanto a costos, perocuando se necesitan mediciones en cortos períodos de tiempo (menos de 1 hora) y de mayorprecisión se debe recurrir a los analizadores automáticos).

Tabla 6.- Principios de medición de los monitores automáticos de las redes de monitoreo de laZona Metropolitana de la Ciudad de México.

Contaminante Principio de operaciónOzono(O3)

Fotometría en el rango deultravioleta

Óxidos de Nitrógeno(NO, NO2, NOx)

Quimiluminiscencia

Dióxido de Azufre(SO2)

Fluorescencia pulsante

Monóxido de Carbono(CO)

Espectroscopia no dispersivapor correlación de filtro gaseoso

Ácido sulfhídrico(H2S)

Ionización de Flama

Fuente: Información de la RAMA de la ZMCM (2008).

Esta técnica tiene la capacidad de proporcionar información a tiempo real, por lo que resultanideales para determinar la calidad del aire en zonas urbanas.

En la ciudad de México la Red Automática de Monitoreo Atmosférico (RAMA) determinacontaminantes O3, NO2, SO2, CO, H2S, etc. empleando estaciones de muestreo continuosdistribuidas a lo largo de la zona metropolitana (Strauss y Mainwaring, 1990; Bravo et al., 1992;SMA, 2008).

IV) Sistemas de Sensores Remotos

Estos sistemas pueden proveer una medición integrada de multicomponentes a lo largo de unespacio específico (normalmente superior a 100 m) en contraste con los equipos de análisisautomático que proveen mediciones de un contaminante específico en un punto determinado delespacio.

Los sistemas más sofisticados de sensores remotos permiten obtener mediciones a lo largo delespacio que se estudia (Figura 6), aunque su costo es muy superior a los anteriores. Entre lasespecies que se pueden determinar con estas técnicas se tienen: SO2, O3, CO, etc. (García yVerela, 1996).






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De las metodologías descritas anteriormente, las que requieren de menores costos, tanto deinstalación como de operatividad, mantenimiento y análisis, son las llamadas técnicas pasivas.

(a) (b)

Figura 6.- a) El satélite SAGEII mide la cantidad de ozono y otros gases presentes en laatmósfera. b) concentración de ozono total durante septiembre y octubre 1996. Fuente:(Nebel y Wright (1998).

Una de las ventajas de estas técnicas es que no requieren de suministro energético ya que actúanpor difusión natural de los gases investigados. El equipamiento está constituído de simples tubosde acrílico cerrados en uno de sus extremos, por lo que su costo es bajo.

La rutina de cambio de muestras y análisis de las mismas en laboratorio es más espaciada en eltiempo que la correspondiente a los sistemas de tipo activo, ya que los sistemas pasivosrequieren períodos más largos de toma de muestra a los efectos de recoger cantidades detectablesdel contaminante que se desea medir.

Dado lo anterior, el costo de personal y reactivos químicos para estos trabajos disminuyeconsiderablemente respecto a los otros sistemas. Resultan ideales para la instalación en zonasaisladas y de difícil acceso.

Entre los contaminantes mayormente identificados con estas técnicas se tienen SO2, NOx y Cl-,partículas sedimentables, amoniaco y ácido nítrico. Para ello se emplean técnicas ya desarrolladascomo las normas de la International Standards Organization (ISO) y American Society for Testingand Materials (ASTM) (ISO 9225, 1992; ASTM G91 – 97, 2004; ASTM D1739 – 98, 2004).






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2.4.2 Normas de emisión

Las normas de emisión , establecen los límites máximos permisibles de descarga o emisión decontaminantes a la atmósfera y están referidos al tipo de industria o proceso en particular.

La norma puede estar relacionada con: producción, unidad de alimentación, volumen decombustible consumido, etc, y para su establecimiento se consideran los siguientes aspectos:características del contaminante; salud; técnico de control; minimización y prevención;económico.

En la siguiente tabla se mencionan las normas de emisión vigentes en nuestro país:

Tabla 7. Normas de emisiones de fuentes fijas y fuentes móviles

Emisiones de fuentes fijas

NOM-039-SEMARNAT-1993 NIVELES MÁXIMOS PERMISIBLES DE EMISIÓN ALA ATMÓSFERA DE BIÓXIDO Y TRIÓXIDO DEAZUFRE Y NEBLINAS DE ÁCIDO SULFÚRICO, ENPLANTAS PRODUCTORAS DE ÁCIDO SULFÚRICO.

NOM-040-SEMARNAT-2002 PROTECCIÓN AMBIENTAL-FABRICACIÓN DECEMENTO HIDRÁULICO-NIVELES MÁXIMOS DEEMISIÓN A LA ATMÓSFERA

NOM-043-SEMARNAT-1993 NIVELES MÁXIMOS PERMISIBLES DE EMISIÓN ALA ATMÓSFERA DE PARTÍCULAS SÓLIDASPROVENIENTES DE FUENTES FIJAS.

NOM-046-SEMARNAT-1993 NIVELES MÁXIMOS PERMISIBLES DE EMISIÓN ALA ATMÓSFERA DE BIÓXIDO DE AZUFRE,NEBLINAS DE TRIÓXIDO DE AZUFRE Y ÁCIDOSULFÚRICO, PROVENIENTES DE PROCESOS DEPRODUCCIÓN DE ÁCIDODODECILBENCENSULFÓNICO EN FUENTES FIJAS.

NOM-075-SEMARNAT-1995 NIVELES MÁXIMOS PERMISIBLES DE EMISIÓN ALA ATMÓSFERA DE COMPUESTOS ORGÁNICOSVOLÁTILES PROVENIENTES DEL PROCESO DELOS SEPARADORES AGUA-ACEITE DE LASREFINERÍAS DE PETRÓLEO.

NOM-085-SEMARNAT-1994 FUENTES FIJAS QUE UTILIZAN COMBUSTIBLESFÓSILES SÓLIDOS, LÍQUIDOS O GASEOSOS OCUALQUIERA DE SUS COMBINACIONES. NIVELESMÁXIMOS PERMISIBLES DE EMISIÓN A LAATMÓSFERA DE HUMOS, PARTÍCULASSUSPENDIDAS TOTALES, BIÓXIDO DE AZUFRE YÓXIDOS DE NITRÓGENO. REQUISITOS YCONDICIONES PARA LA OPERACIÓN DE LOSEQUIPOS DE CALENTAMIENTO INDIRECTO PORCOMBUSTIÓN, ASÍ COMO NIVELES MÁXIMOSPERMISIBLES DE EMISIÓN DE BIÓXIDO DEAZUFRE EN LOS EQUIPOS DE CALENTAMIENTO






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DIRECTO POR COMBUSTIÓN. (MODIFICACIÓND.O.F. 11-NOVIEMBRE -1997).

NOM-086-SEMARNAT-SENER-SCFI-2005

NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-086-SEMARNAT-SENER-SCFI-2005, ESPECIFICACIONES DE LOSCOMBUSTIBLES FÓSILES PARA LA PROTECCIÓNAMBIENTAL

NOM-092-SEMARNAT-1995 REQUISITOS, ESPECIFICACIONES Y PARÁMETROSPARA LA INSTALACIÓN DE SISTEMAS DERECUPERACIÓN DE VAPORES DE GASOLINA ENESTACIONES DE SERVICIO Y DE AUTOCONSUMOUBICADAS EN EL VALLE DE MÉXICO.

NOM-093-SEMARNAT-1995 MÉTODO DE PRUEBA PARA DETERMINAR LAEFICIENCIA DE LABORATORIO DE LOS SISTEMASDE RECUPERACIÓN DE VAPORES DE GASOLINAEN ESTACIONES DE SERVICIO Y DEAUTOCONSUMO.

NOM-097-SEMARNAT-1995 LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES DE EMISIÓN ALA ATMÓSFERA DE MATERIAL PARTICULADO YÓXIDOS DE NITRÓGENO EN LOS PROCESOS DEFABRICACIÓN DE VIDRIO EN EL PAÍS.

NOM-105-SEMARNAT-1996 NIVELES MÁXIMOS PERMISIBLES DE EMISIONESA LA ATMÓSFERA DE PARTÍCULAS SÓLIDASTOTALES Y COMPUESTOS DE AZUFRE REDUCIDOTOTAL PROVENIENTES DE LOS PROCESOS DERECUPERACIÓN DE QUÍMICOS DE LAS PLANTASDE FABRICACIÓN DE CELULOSA.

NOM-121-SEMARNAT-1997 LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES DE EMISIÓN ALA ATMÓSFERA DE COMPUESTOS ORGÁNICOSVOLÁTILES (COVs) PROVENIENTES DE LASOPERACIONES DE RECUBRIMIENTO DECARROCERÍAS NUEVAS EN PLANTA DEAUTOMÓVILES, UNIDADES DE USO MÚLTIPLE, DEPASAJEROS Y UTILITARIOS; CARGA Y CAMIONESLIGEROS, ASÍ COMO EL MÉTODO PARA CALCULARSUS EMISIONES.

NOM-123-SEMARNAT-1998 CONTENIDO MÁXIMO PERMISIBLE DECOMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILES (COV’s), ENLA FABRICACIÓN DE PINTURAS DE SECADO ALAIRE BASE DISOLVENTE PARA USO DOMÉSTICO YLOS PROCEDIMIENTOS PARA LA DETERMINACIÓNDEL CONTENIDO DE LOS MISMOS EN PINTURAS YRECUBRIMIENTOS.

NOM-137-SEMARNAT-2003 CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA - PLANTASDESULFURADORAS DE GAS Y CONDENSADOSAMARGOS – CONTROL DE EMISIONES DECOMPUESTOS DE AZUFRE.






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NOM-148-SEMARNAT-2006 CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA -RECUPERACIÓN DE AZUFRE PROVENIENTE DELOS PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETRÓLEO

EMISIONES DE FUENTES MÓVILES

NOM-041-SEMARNAT-2006QUE ESTABLECE LOS LÍMITES MÁXIMOSPERMISIBLES DE EMISIÓN DE GASESCONTAMINANTES PROVENIENTES DEL ESCAPEDE LOS VEHÍCULOS AUTOMOTORES ENCIRCULACIÓN QUE USAN GASOLINA COMOCOMBUSTIBLE.

NOM-042-SEMARNAT-2003 QUE ESTABLECE LOS LÍMITES MÁXIMOSPERMISIBLES DE EMISIÓN DE HIDROCARBUROSTOTALES O NO METANO, MONÓXIDO DECARBONO, ÓXIDOS DE NITRÓGENO YPARTÍCULAS PROVENIENTES DEL ESCAPE DE LOSVEHÍCULOS AUTOMOTORES NUEVOS CUYO PESOBRUTO VEHICULAR NO EXCEDA LOS 3,857KILOGRAMOS, QUE USAN GASOLINA, GASLICUADO DE PETRÓLEO, GAS NATURAL Y DIESEL,ASÍ COMO DE LAS EMISIONES DEHIDROCARBUROS EVAPORATIVOSPROVENIENTES DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLEDE DICHOS VEHÍCULOS.

NOM-044-SEMARNAT-2006 QUE ESTABLECE LOS LÍMITES MÁXIMOSPERMISIBLES DE EMISIÓN DE HIDROCARBUROSTOTALES, HIDROCARBUROS NO METANO,MONÓXIDO DE CARBONO, ÓXIDOS DENITRÓGENO, PARTÍCULAS Y OPACIDAD DE HUMOPROVENIENTES DEL ESCAPE DE MOTORESNUEVOS QUE USAN DIESEL COMO COMBUSTIBLEY QUE SE UTILIZARÁN PARA LA PROPULSIÓN DEVEHÍCULOS AUTOMOTORES NUEVOS CON PESOBRUTO VEHICULAR MAYOR DE 3,857KILOGRAMOS, ASÍ COMO PARA UNIDADESNUEVAS CON PESO BRUTO VEHICULAR MAYOR A3,857 KILOGRAMOS EQUIPADAS CON ESTE TIPODE MOTORES.

NOM-045-SEMARNAT-2006 Norma Oficial Mexicana NOM-045-SEMARNAT-2006,Protección ambiental.- Vehículos en circulación queusan diesel como combustible.- Límites máximospermisibles de opacidad, procedimiento de prueba ycaracterísticas técnicas del equipo de medición

NOM-047-SEMARNAT-1999 CARACTERÍSTICAS DEL EQUIPO Y ELPROCEDIMIENTO DE MEDICIÓN PARA LAVERIFICACIÓN DE LOS LÍMITES DE EMISIÓN DECONTAMINANTES, PROVENIENTES DE LOSVEHÍCULOS AUTOMOTORES EN CIRCULACIÓN






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QUE USAN GASOLINA, GAS LICUADO DEPETRÓLEO, GAS NATURAL U OTROSCOMBUSTIBLES ALTERNOS.

NOM-048-SEMARNAT-1993 NIVELES MÁXIMOS PERMISIBLES DE EMISIÓN DEHIDROCARBUROS, MONÓXIDO DE CARBONO YHUMO, PROVENIENTES DEL ESCAPE DE LASMOTOCICLETAS EN CIRCULACIÓN QUE UTILIZANGASOLINA O MEZCLA DE GASOLINA-ACEITECOMO COMBUSTIBLE.

NOM-049-SEMARNAT-1993 CARACTERÍSTICAS DEL EQUIPO Y ELPROCEDIMIENTO DE MEDICIÓN, PARA LAVERIFICACIÓN DE LOS NIVELES DE EMISIÓN DEGASES CONTAMINANTES, PROVENIENTES DE LASMOTOCICLETAS EN CIRCULACIÓN QUE USANGASOLINA O MEZCLA DE GASOLINA-ACEITECOMO COMBUSTIBLE.

NOM-050-SEMARNAT-1993 NIVELES MÁXIMOS PERMISIBLES DE EMISIÓN DEGASES CONTAMINANTES PROVENIENTES DELESCAPE DE LOS VEHÍCULOS AUTOMOTORES ENCIRCULACIÓN QUE USAN GAS LICUADO DEPETRÓLEO, GAS NATURAL U OTROSCOMBUSTIBLES ALTERNOS COMO COMBUSTIBLE.

NOM-076-SEMARNAT-1995 NIVELES MÁXIMOS PERMISIBLES DE EMISIÓN DEHIDROCARBUROS NO QUEMADOS, MONÓXIDO DECARBONO Y ÓXIDOS DE NITRÓGENOPROVENIENTES DEL ESCAPE, ASÍ COMO DEHIDROCARBUROS EVAPORATIVOSPROVENIENTES DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE,QUE USAN GASOLINA, GAS LICUADO DEPETRÓLEO, GAS NATURAL Y OTROSCOMBUSTIBLES ALTERNOS Y QUE SE UTILIZARÁNPARA LA PROPULSIÓN DE VEHÍCULOSAUTOMOTORES CON PESO BRUTO VEHICULARMAYOR DE 3,857 KILOGRAMOS NUEVOS ENPLANTA. (ACUERDO D.O.F. 29-DICIEMBRE-2003).






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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ASTM D1739 – 98 (2004). (American Society for Testing Materials) Standard Test Methodfor Collection and Measurement of Dustfall (Settleable Particulate Matter).

ASTM G91 - 97 (1991). (American Society for Testing Materials) Standard practice formonitoring atmospheric SO, using 'the sulfation plate technique.

Andrés, A., Eduardo, Ferrero, J., César E. Mackler M. (1999). Monitoreo decontaminantes del aire en la ciudad de Rosario. Universidad Tecnológica Nacional.Facultad Regional Rosario.

Bravo, A. H. (2004) Referencia en comunicación personal, Centro de Ciencias de laatmósfera. UNAM, México, D.F.

Cass, R.G. (1998) Organic Molecular Tracers for Particulate Air Pollution Source. TrendsAnalytical Chemistry. 17,357-366.

Dereck, E. (1990) La Contaminación atmosférica. Madrid España, CATEDRA, pp. 83-103.

Dams R. Billiet J., Black C., Demoynck M. Y. Janssens M. (1975) Complete chemicalanalysis of airborne particulates. Atmospheric Environment. 9, 1119-1125.

EPA, (1995) Compilation of Air Pollutant Emission Factors. AP-42

Guenther, A.C., Geron, T., Pierce, B., Lamb, Harley y R. Fall. (2000) Natural emissions ofnon-methane volalite organic compounds, carbon monoxide and oxide of nitrogen fromNorth America. Atmospheric Environment. 34, 2205-2230.

Inventario Nacional de Emisiones de México (INEM), 1999. Instituto Nacional de Ecología(INE-SEMARNAT), Mexico Primera Edición 2006.

Muñoz, A., Rodríguez, A.D., Villalobos, P,R., Munive, Z.C., Marttelo, O.R., Dìaz, G.G.,Bravo, C.J.L., Gómez, A.S. (2001) Partículas suspendidas, hidrocarburos aromáticospolicíclicos y mutagenicidad en el suroeste de la Ciudad de México. Revista deContaminacion Ambiental. 17, 193-204.

Manahan, S.E. Introducción a la química ambiental.(2007). Primera Edición, EditorialReverte UNAM, España.

Nebel, B. y Wright R. (1998). Environmental Science. Sixth edition. Prentice-Hall. NewJersey.

Norma Oficial Mexicana (NOM-035-SEMARNAT-1993). Métodos de medición paradeterminar la concentración de Partículas Suspendidas Totales en el aire ambiente y elprocedimiento para la calibración de los equipos de medición.






30

CONDHUCE, S.C.

Norma Oficial Mexicana NOM-024-SSA1-1993. Salud ambiental criterio para evaluar lacalidad del aire ambiente, con respecto a las partículas suspendidas totales (PST), valorpermisible para la concentración de PST en el aire ambiente, como medida de protecciona la salud de la población.

Norma Oficial Mexicana NOM-025-SSA1-1993. Salud ambiental. criterio para evaluar lacalidad del aire ambiente, con respecto a las partículas menores de 10 micras (PM10),valor permisible para la concentración de PM10 en el aire ambiente, como medida deprotección a la salud de la población.

Orozco C., Pérez C., González, M.N., (2003) Contaminación Ambiental. Una visión desdela Química. Editorial Thomson. pp. 132-137.

Rivero S., Ponciano R., Fortoul, V. (1993) Contaminación atmosférica y enfermedadrespiratoria. Biblioteca de la Salud, Series de Formación e Información. Primera edición,Secretaria de la Salud, UNAM y Fondo de Cultura Económica. México pp 165-169

Shishir, L., Patil, S., (2001). Monitoring of atmospheric behaviorur of NOx from vehiculartraffic. Environmental monitoring and assessment 68: 37-50

Strauss W. Mainwarings (1990). Contaminación del aire. Causas, efectos y soluciones.Editorial trillas.

Treviño, C., Méndez, F. (1999). Simplified model for the prediction of ozone generation inpolluted urban areas with continuous precursor species emissions. AtmosphericEnvironment 33, 1103-1110.

Wark, K. y C.Warner. (1994). Contaminación del Aire Origen y Control. México. De.Limusa. pág. 193-327.

http://www.ine.gob.mx/dgicur/calaire/inem1999/inem1999.htmlhttp://www.ipcc.ch/publications_and_data/publications_and_data.htmhttp://www.cepis.ops-oms.org



http://www.ine.gob.mx/dgicur/calaire/inem1999/inem1999.html

http://www.ipcc.ch/publications_and_data/publications_and_data.htm

http://www.cepis.ops-oms.org




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Tema III.- Dispersión de Contaminantes

3.1 Meteorología

La meteorología (del griego μετέωρον (meteoron): ‘alto en el cielo’, meteoro; y λόγος(logos): ‘conocimiento, tratado’) es la ciencia interdisciplinaria, que estudia el estado deltiempo, el medio atmosférico, los fenómenos allí producidos y las leyes que lo rigen.

Hay que recordar que la Tierra está constituída por tres partes fundamentales: una partesólida llamada litósfera, recubierta en buena proporción por agua (llamada hidrósfera) yambas envueltas por una tercera capa gaseosa, la atmósfera. Éstas se relacionan entre síproduciendo modificaciones profundas en sus características. La ciencia que estudiaestas características, las propiedades y los movimientos de las tres capas fundamentalesde la Tierra, es la Geofísica. En ese sentido, la meteorología es una rama de la Geofísicaque tiene por objeto el estudio detallado de la envoltura gaseosa de la tierra y susfenómenos.

Se debe distinguir entre las condiciones actuales y su evolución llamado tiempoatmosférico, y las condiciones medias durante un largo periodo que se conoce como climadel lugar o región.

Mediante el estudio de los fenómenos que ocurren en la atmósfera la meteorología tratade definir el clima, predecir el tiempo, comprender la interacción de la atmósfera con otrossubsistemas, etc. El conocimiento de las variaciones climáticas ha sido siempre de sumaimportancia para el desarrollo de la agricultura, la navegación, las operaciones militares yla vida en general.

Se define como presión atmosférica el peso de la columna de aire existente sobre el lugarde observación. El peso o presión atmosférica fué establecido por Torricelli en 1643cuando ayudado por Viviani llenó un tubo de Mercurio lo tapó y lo introdujo en una cubetadel mismo metal. Comprobó que el tubo en lugar de vaciarse se mantenía en unadeterminada altura (760 mm). Del experimento dedujo que para equilibrar el peso de lacolumna de Mercurio, el aire ejercía sobre la cubeta una presión equivalente por unidadde superficie.

La presión atmosférica es, por tanto, el peso de una columna de aire de unos 1000 Km.de altura y 1 cm² de base que a nivel del mar es de 760 mm de Hg, 1013 milibares. Perola presión atmosférica no se mantiene fija ya que oscila entre los 885 mb de los ciclonesmás profundos y los 1077 mb de los anticiclones siberianos más potentes. Medimos lapresión con varios instrumentos pero el más utilizado es el barómetro. La presión varía ensentido vertical y en sentido horizontal.

En sentido vertical la presión disminuye a medida que aumenta la altitud y lo hace






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rápidamente en las capas bajas y lentamente en las capas altas. Esto es debido a que, enlos cinco primeros Km de la Tropósfera, se concentra más de la mitad del aire que existeen la atmósfera.

En sentido horizontal se producen mayores irregularidades y su importancia es muchomayor. Estas variaciones están directamente relacionadas con la distribución de laradiación solar y el diferente calentamiento zonal de la superficie terrestre. Lasconsecuencias no son otras que la aparición de centros de altas y bajas presiones.La existencia de zonas donde predominan altas o bajas presiones dá lugar a dos tipos declimas muy representativos: secos donde existen altas presiones y húmedos en las bajaspresiones.

La representación cartográfica de las presiones se realiza mediante isobaras (líneas queunen puntos de igual presión). Dependiendo de lo juntas que se representen en el mapanos darán idea de la intensidad que tienen tanto los anticiclones como los ciclones. Elresultado no es otro que una imagen de campo en el que se individualizan una serie defiguras.

Anticiclones.

En los anticiclones la presión aumenta hacia el centro. Los vientos giran en el sentido delas agujas del reloj. Suelen ser más extensos que las depresiones y por su origen puedenser dinámicos o térmicos.

Anticiclones dinámicos: Son los originados por un movimiento de subsidencia(descenso) del aire. En general son de aire caliente como los anticiclonessubtropicales.

Anticiclones térmicos: Son originados por un fuerte enfriamiento de las capas bajasde la atmósfera por contacto con un suelo muy frío. Son anticiclones fríos y depoca altura que en verano, al aumentar la temperatura del suelo, se debilitan yllegan a desaparecer. Suelen formarse en invierno en las regiones continentalesdel hemisferio norte.

Ciclones

En los ciclones la presión disminuye hacia el centro y son el resultado de ascendenciasdinámicas (frontales) o térmicas (convección del aire). Los vientos giran en el sentidocontrario a las agujas de un reloj.






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Figura 1.- Representación de los sistemas de baja y alta presión.

3.1.1 Vientos locales

El hecho que existan diferencias horizontales de presión sobre la superficie terrestre vá atener como consecuencia el que se desarrollen movimientos del aire compensatorios quevan desde las altas presiones a las bajas presiones: el viento. Por tanto el viento es el aireen movimiento.

Del viento nos interesa saber una serie de parámetros que medimos con distintosinstrumentos:

Dirección: Es el punto de procedencia representado por medio de la Rosa de losvientos o los cuadrantes sexagesimales. Los instrumentos de medición usualesson: la veleta y la manga catavientos.

Velocidad: Se mide con el anemómetro y se puede expresar en m/s; Km./h; Nudos(millas marinas/h)

Figura 2.- Rosa de los vientos del puerto de Dos Bocas, Tabasco para el año 2002.

Las diferencias de presión pueden ser regionales, pero también locales, las cualesgeneran brisas térmicas. Los vientos locales generados por las brisas caqueñas se debena la existencia de dos medios diferenciados con temperaturas notablemente contrastadas,como la tierra y el mar o las cumbres y los valles de las montañas.

La brisa es un tipo de viento local motivado por los movimientos de masas de aire debidoal heterogéneo calentamiento del relieve por el Sol. Esto dá lugar a que se produzcanmovimientos verticales de las masas de aire que provocan vacíos y desequilibrios depresión. Con el fin de restablecer estas inestabilidades, nuevas masas de aire sedesplazan para llenar estos vacíos de baja presión. Se distinguen los siguientes tipos debrisas






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La capacidad de calentarse que tiene el mar y la tierra es la causa de la generación de lasbrisas de mar y de tierra. Estos movimientos circulatorios del aire serán más acentuadoscuánto más fuerte sea la energía solar; es decir, serán más intensos en las estaciones decalor y en días despejados sin nubes.

Brisa marina y brisa terral

Se localizan en las costas y se producen por el efecto de las diferencias de calentamientoy enfriamiento que experimenta la Tierra y las masas de agua. Durante el día el solcalienta más fácilmente la tierra, ya que el agua tiene más inercia térmica, la mayortemperatura de la tierra dá lugar a ascendencias del aire calentado que son rápidamentecompensadas por la llegada de aire relativamente frio procedente del mar o grandeslagos. Al anochecer, hay un periodo de calma cuando las temperaturas se igualan.Durante la noche el mecanismo se invierte al estar el agua más caliente.

Por el contrario, durante la noche el efecto contrario establece la brisa de tierra. En estecaso el mar está más caliente que la tierra y en las capas altas el aire se dirige a tierracreando un vacío en las capas bajas de la atmósfera marina que atrae el aire desde tierrahacia la mar, aunque la velocidad del viento suele ser menor debido a que las diferenciasno son tan acentuadas.

La brisa del mar puede penetrar durante el día hasta 50 kilómetros tierra adentro con grancarga de humedad, lo que puede originar pequeños chubascos si se producen descensosde temperatura significativos.

Brisa de valle y brisa de montaña.

Similares a las anteriores, se producen por la diferencia de insolación y las diferencias decalentamiento del aire en las zonas de cumbres, cabeceras de los valles y fondos de losmismos.

A última hora del día ocurre lo contrario, es decir, desde las laderas, que ya no soncalentadas por el sol, el aire desciende por enfriamiento hacia el fondo del vallelevantando el aire aún cálido que se mantiene en éstos.

La brisa de valle es un viento que sopla ascendentemente por una pendiente montañosa,originándose durante el día debido al calentamiento del aire en las laderas producido porlos rayos del sol. Es común que el aire ascendente se vaya enfriando por la alturaformando nubes y probablemente produciendo lluvia.

La brisa de montaña es un viento que sopla con componente descendente (hacia abajo)geográficamente hablando, en serranías, montañas o glaciares. Se origina en unenfriamiento, radiativamente o a través de movimientos verticales, de aire en el punto másalto de una montaña, glaciar o cerro. Como la densidad del aire se incrementa con eldescenso de la temperatura, el aire fluirá hacia abajo, calentándose por procesoadiabático al ir descendiendo pero sigue permaneciendo relativamente frío.






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Este tipo de brisa por lo general se produce a primeras horas de la noche cuando elcalentamiento solar cesa y el suelo se enfría por emisión de radiación infrarroja.

Figura 3.- Representación esquemática de las brisas.

3.1.2 Inversión térmicaNormalmente, en la tropósfera, la temperatura disminuye con la altura a razón deaproximadamente 6.5 °C/km, es decir, 1º C por cada 155 metros de altitud. Pero esta cifrasólo es válida en las zonas templadas, ya que en las zonas tropicales, la disminución dela temperatura en un grado C (1 oC) ocurre al aumentar la altitud en unos 180 m.

Una inversión térmica es una derivación del cambio normal de las propiedades de laatmósfera con el aumento de la altitud. Usualmente corresponde a un incremento de latemperatura con la altura, o bien a una capa (capa de inversión) donde ocurre elincremento. En efecto, el aire no puede elevarse en una zona de inversión, puesto que esmás frío y, por tanto, más denso en la zona inferior. Existen tres tipos de inversionestérmicas: por radiación, por subsidencia y frontales.

El fenómeno de inversión térmica por radiación se presenta cuando, en las nochesdespejadas, el suelo se enfría rápidamente por radiación. El suelo a su vez enfría el aireen contacto con él que se vuelve más frío y pesado que el que está en la capainmediatamente superior. Al disminuir tanto, la convección térmica como la subsidenciaatmosférica, disminuye la velocidad de mezclado vertical entre las dos capas de aire.






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Figura 4.- Representación de una inversión térmica por radiación.

Este fenómeno tipo de inversión es frecuente en las mañanas frías sobre los valles deescasa circulación de aire. También se presenta en las cuencas cercanas a las laderas delas montañas en noches frías debido a que el aire frío de las laderas desplaza al airecaliente de la cuenca provocando el gradiente positivo de temperatura.

Generalmente, la inversión térmica se termina (rompe) cuando al calentarse el aire queestá en contacto con el suelo se restablece la circulación normal en la tropósfera. Estopuede ser cuestión de horas, pero en condiciones meteorológicas desfavorables lainversión puede persistir durante días y días.

La inversión por subsidencia generalmente está asociada con los anticiclones (sistemasde alta presión). A medida que el aire desciende, la mayor presión existente en altitudesmenores lo comprime y calienta en el gradiente vertical adiabático seco. Durante el día, lacapa de inversión resultante de este proceso con frecuencia se eleva a cientos de metrossobre la superficie. Durante la noche, la base de una inversión por subsidenciageneralmente desciende, quizás hasta llegar al suelo, debido al enfriamiento del airesuperficial.






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Figura 5.- Representación de una inversión térmica por subsidencia.

A diferencia de las que se producen por radiación, las inversiones por subsidencia tienenuna duración relativamente larga. Esto se debe a su relación tanto con los anticiclonessemipermanentes centrados en cada océano como con los anticiclones migratorios demovimiento lento.

Cuando un anticiclón se estanca, los contaminantes emitidos dentro de la capa de mezclano se pueden diluir. Como resultado, es probable que las concentraciones decontaminantes se eleven durante algunos días.

Inversiones térmicas frontales.- En el avance de cada frente, el aire cálido desplaza alfrío, de modo que se produce una circulación vertical mínima en la capa de aire frío máscercana a la superficie. La fuerza de la inversión depende de la diferencia de temperaturaentre las dos masas de aire. Como los frentes se mueven horizontalmente, los efectos dela inversión generalmente duran poco y la falta de movimiento vertical suele compensarsecon los vientos relacionados con el paso frontal.

Sin embargo, cuando los frentes se vuelven estacionarios, las condiciones de inversiónpueden prolongarse.






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Figura 6.- Esquema de una inversión térmica frontal

Una inversión térmica puede llevar a que la contaminación quede atrapada cerca delsuelo, con efectos nocivos para la salud. Una inversión también puede detener elfenómeno de convección, actuando como una capa aislante.

Esta clase de inversiones que atrapan la contaminación pueden durar varios días enverano. La conciencia de la gravedad del problema, sobre todo en los veranos máscalurosos, ha llevado a los organismos competentes a vigilar la calidad del aire y aadvertir cuándo es mala y alcanza unos niveles elevados.

3.1.3 Estabilidad atmosférica.

El grado de estabilidad atmosférica se determina a partir de la diferencia de temperaturaentre una porción de aire y el aire circundante. Este contraste puede causar el movimientovertical de la porción (esto es, su elevación o caída). Este movimiento se caracteriza porcuatro condiciones básicas que describen la estabilidad general de la atmósfera. Encondiciones estables, el movimiento vertical se inhibe, mientras que en condicionesinestables la porción de aire tiende a moverse contínuamente hacia arriba o hacia abajo.Las condiciones neutrales no propician ni inhiben el movimiento del aire después delgradiente de calentamiento o enfriamiento adiabático. Cuando las condiciones sonextremadamente estables, prácticamente se impide la circulación vertical del aire. Estascondiciones están directamente relacionadas con las concentraciones de contaminantesen el aire ambiente.

Atmósfera Inestable

Una porción de aire que empieza a elevarse se enfriará con un gradiente adiabático secohasta que alcance su punto de rocío, a partir de ahí se enfriará con un gradienteadiabático húmedo. Esto supone que la atmósfera circundante tiene un gradiente verticalmayor que el gradiente vertical adiabático (con un enfriamiento a más de 9,8 °C/1,000 m),de modo que la porción que se eleva seguirá siendo más cálida que el aire circundante.






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A medida que el aire se eleva, el aire más frío se mueve por debajo. La superficieterrestre puede hacer que se caliente y empiece a elevarse nuevamente. Bajo estascondiciones, la circulación vertical en ambas direcciones aumenta y se produce unamezcla vertical considerable. El grado de inestabilidad depende de la importancia de lasdiferencias entre los gradientes verticales ambientales y los adiabáticos secos. La figuraque se tiene a continuación muestra condiciones ligeramente inestables y condicionesmuy inestables.

Las condiciones inestables más comunes se producen durante los días soleados convientos de bajas velocidades y fuerte insolación. La Tierra absorbe rápidamente el calor ytransfiere parte de éste a la capa de aire superficial. Si las propiedades térmicas de lasuperficie son uniformes, es posible que exista una masa flotante de aire, o numerosasporciones de aire si dichas propiedades varían. Cuando el aire se calienta, se vuelvemenos denso que el aire circundante y se eleva.

Figura 7.- Esquema de una atmósfera inestable.

Otra condición que puede conducir a la inestabilidad atmosférica es la producción deciclones (sistema de presión baja), caracterizados por aire ascendente, nubes yprecipitación.

Atmósfera neutralCuando el gradiente vertical de la temperatura del ambiente es el mismo que el gradientevertical adiabático seco, la atmósfera se encuentra en estabilidad neutral. Estascondiciones no estimulan ni inhiben el movimiento vertical del aire. La condición neutral esimportante porque constituye el límite entre las condiciones estables y las inestables. Seproduce durante los días con viento o cuando una capa de nubes impide el calentamientoo enfriamiento fuerte de la superficie terrestre.






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Figura 8.- Esquema de una atmósfera neutral.

Atmósfera estableCuando el gradiente vertical ambiental es menor que el gradiente vertical adiabático (seenfría a menos de 9,8 °C/1,000 m), el aire es estable y resiste la circulación vertical. Elaire que se eleva verticalmente permanecerá más frío y, por lo tanto, más denso que elaire circundante. Una vez que se retira la fuerza de elevación, el aire que se elevóregresará a su posición original. Las condiciones estables se producen durante la noche,cuando el viento es escaso o nulo.






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Figura 9.- esquema de una atmósfera estable.

Atmósfera condicionalmente inestable

En la discusión previa sobre la estabilidad y la inestabilidad, hemos asumido que unaporción de aire ascendente se enfría en el gradiente vertical adiabático seco. Sinembargo, muchas veces la porción de aire se satura (alcanza su punto de rocío) yempieza a enfriarse más lentamente en el gradiente vertical adiabático húmedo. Estecambio en el gradiente de enfriamiento puede modificar las condiciones de estabilidad. Lainestabilidad condicional se produce cuando el gradiente vertical ambiental es mayor queel gradiente vertical adiabático húmedo pero menor que el gradiente seco. La figura 4-11ilustra esta situación. Las condiciones estables se producen hasta el nivel decondensación y las inestables, sobre éste.






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Figura 10.- Esquema de una atmósfera condicionalmente inestable.

Estabilidad atmosférica y dispersión de contaminantes

El grado de estabilidad atmosférica y la altura de mezcla resultante tienen un importanteefecto en las concentraciones de contaminantes en el aire ambiental. Los contaminantesque no se pueden dispersar hacia arriba lo pueden hacer horizontalmente a través de losvientos superficiales.

La combinación de los movimientos verticales y horizontales del aire influye en elcomportamiento de las plumas de fuentes puntuales (chimeneas). A continuación sedescribirán los diversos tipos de plumas característicos de diferentes condiciones deestabilidad.

La pluma de espiral se produce en condiciones muy inestables debido a la turbulenciacausada por el acelerado giro del aire. Mientras las condiciones inestables generalmenteson favorables para la dispersión de los contaminantes, algunas veces se puedenproducir altas concentraciones momentáneas en el nivel del suelo si los espirales de lapluma se mueven hacia la superficie.






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Figura 11.- Pluma en espiral

La pluma de abanico se produce en condiciones estables. El gradiente de inversión inhibeel movimiento vertical sin impedir el horizontal y la pluma se puede extender por varioskilómetros a sotavento de la fuente. Las plumas de abanico ocurren con frecuencia en lasprimeras horas de la mañana durante una inversión por radiación.

Figura 12.- Pluma de abanico

La pluma de cono es característica de las condiciones neutrales o ligeramente estables.Este tipo de plumas tiene mayor probabilidad de producirse en días nubosos o soleados,entre la interrupción de una inversión por radiación y el desarrollo de condiciones diurnasinestables.






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Figura 13.- Pluma de cono

Obviamente, un problema importante para la dispersión de los contaminantes es lapresencia de una capa de inversión, que actúa como una barrera para la mezcla vertical.Durante una inversión, la altura de una chimenea en relación con la de una capa deinversión muchas veces puede influir en la concentración de los contaminantes en el niveldel suelo.

Cuando las condiciones son inestables sobre una inversión, la descarga de una plumasobre ésta dá lugar a una dispersión efectiva sin concentraciones notorias en el nivel delsuelo alrededor de la fuente. Esta condición se conoce como flotación.

Figura 14.- Pluma de flotación

Si la pluma se libera justo debajo de una capa de inversión, es probable que se desarrolleuna grave situación de contaminación del aire. Ya que el suelo se calienta durante lamañana, el aire que se encuentra debajo de la mencionada capa se vuelve inestable.Cuando la inestabilidad alcanza el nivel de la pluma entrampada bajo la capa deinversión, los contaminantes se pueden transportar rápidamente hacia abajo hasta llegar






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al suelo. Este fenómeno se conoce como fumigación. Las concentraciones decontaminantes en el nivel del suelo pueden ser muy altas cuando se produce lafumigación. Esta se puede prevenir si las chimeneas son suficientemente altas.

Figura 15.- Pluma de fumigación

Altura efectiva de una chimenea

Los gases emitidos por las chimeneas muchas veces son impulsados por abanicos. Amedida que los gases de escape turbulentos son emitidos por la pluma, se mezclan con elaire del ambiente. Esta mezcla del aire ambiental en la pluma se denomina arrastre.Durante el arrastre en el aire, la pluma aumenta su diámetro mientras viaja a sotavento. Alentrar en la atmósfera, estos gases tienen un momentum. Muchas veces se calientan y sevuelven más cálidos que el aire externo. En estos casos, los gases emitidos son menosdensos que el aire exterior y, por lo tanto, flotantes. La combinación del momentum y laflotabilidad de los gases hace que éstos se eleven. Este fenómeno, conocido comoelevación de la pluma, permite que los contaminantes emitidos al aire en esta corriente degas se eleven a una altura mayor en la atmósfera. Al estar en una capa atmosférica másalta y más alejada del suelo, la pluma experimentará una mayor dispersión antes de llegara éste.

La altura final de la pluma, conocida como altura efectiva de chimenea (H), es la suma dela altura física de la chimenea (hs) y la elevación de la pluma ( ). En realidad, laelevación de la pluma se estima a partir de la distancia existente hasta la línea centralimaginaria de la pluma y nó hasta el borde superior o inferior de ésta. La elevación de lapluma depende de las características físicas de la chimenea y del efluente (gas dechimenea). La diferencia de temperatura entre el gas de la chimenea (Ts) y el aireambiental (Ta) determina la densidad de la pluma, que influye en su elevación. Además,la velocidad de los gases de la chimenea, que es una función del diámetro de la chimeneay de la tasa volumétrica del flujo de los gases de escape, determina el momentum de lapluma.






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Figura 16.- Altura efectiva de una chimenea

La condición de la atmósfera, incluidos los vientos y el perfil de la temperatura a lo largodel recorrido de la pluma, determinará en gran medida la elevación de la pluma. Doscaracterísticas de ésta influyen en su elevación: el momentum y la flotabilidad.

La velocidad de salida de los gases de escape emitidos por la chimenea contribuyen conla elevación de la pluma en la atmósfera. Este momentum conduce el efluente hacia elexterior de la chimenea a un punto en el que las condiciones atmosféricas empiezan aafectar a la pluma. Una vez emitida, la velocidad inicial de la pluma disminuyerápidamente debido al arrastre producido cuando adquiere un momentum horizontal. Estefenómeno hace que la pluma se incline. A mayor velocidad del viento, más horizontal seráel momentum que adquirirá la pluma. Por lo general, dicha velocidad aumenta con ladistancia sobre la superficie de la Tierra. A medida que la pluma continúa elevándose, losvientos más fuertes hacen que se incline aún más. Este proceso persiste hasta que lapluma parece horizontal al suelo. El punto donde la pluma parece llana puede ser unadistancia considerable de la chimenea a sotavento. La velocidad del viento es importantepara impulsar la pluma. Mientras más fuerte, más rápido será el serpenteo de la pluma.

La elevación de la pluma causada por su flotabilidad es una función de la diferencia detemperatura entre la pluma y la atmósfera circundante. En una atmósfera inestable, laflotabilidad de la pluma aumenta a medida que se eleva, lo cual hace que se incrementela altura final de la pluma. En una atmósfera estable, la flotabilidad de la pluma disminuyea medida que se eleva. Por último, en una atmósfera neutral, permanece constante.

La pluma pierde flotabilidad a través del mismo mecanismo que la hace serpentear elviento. A mayor velocidad del viento, más rápida será esta mezcla. El arrastre del aireambiental hacia la pluma por acción del viento, le "quita" flotabilidad muy rápidamente, demodo que durante los días con mucho viento la pluma no se eleva muy alto sobre lachimenea.

Debido a la configuración de la chimenea o a los edificios adyacentes, es posible que lapluma no se eleve libremente en la atmósfera. Algunos efectos aerodinámicos causadospor el modo en el que se mueve el viento alrededor de los edificios adyacentes y de la






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chimenea pueden impulsar a la pluma hacia el suelo en lugar de permitir que se eleve enla atmósfera.

La elevación de las plumas ha sido tema de estudio durante muchos años. Las fórmulasmás usadas son las desarrolladas por Gary A. Briggs. La ecuación 1 incluye una de éstas,la que se aplica a las plumas dominadas por la flotabilidad. Las fórmulas de la elevaciónde la pluma se usan en plumas con temperaturas mayores que la del aire ambiental. Lafórmula de Briggs para la elevación de la pluma es la siguiente:

Ec. 1

Donde: = Elevación de la pluma (sobre la chimenea)F = Flujo de flotabilidad

= Velocidad promedio del vientox = Distancia a sotavento de la chimenea/fuenteg = Aceleración debido a la gravedad (9,8 m/s2)V = Tasa volumétrica del flujo del gas de la chimeneaTs = Temperatura del gas de la chimeneaTa = Temperatura del aire ambiental

Ec. 2

Las fórmulas de elevación de la pluma sirven para determinar la línea central imaginariade ésta. La línea central está donde se producen las mayores concentraciones decontaminantes. Existen varias técnicas para calcular las concentraciones decontaminantes lejos de la línea central. Si bien la concentración máxima de la plumaexiste en esta línea central, las fórmulas mencionadas no permiten obtener informaciónsobre cómo varían las concentraciones de contaminantes fuera de esta línea central. Sedeberán efectuar, entonces, estimados de dispersión para determinar las concentracionesde contaminantes en un punto de interés.

3.2 Modelos de dispersión

Los estimados de dispersión se determinan mediante ecuaciones de distribución y/omodelos de calidad del aire. Estos estimados generalmente son válidos para la capa de laatmósfera más cercana al suelo, donde se producen cambios frecuentes de latemperatura y de la distribución de los vientos. Estas dos variables tienen un importanteefecto en la forma de dispersión de las plumas. Por lo tanto, las ecuaciones dedistribución y los modelos de calidad del aire mencionados anteriormente deben incluirestos parámetros.






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Los modelos de dispersión de calidad del aire consisten en un grupo de ecuacionesmatemáticas que sirven para interpretar y predecir las concentraciones de contaminantescausadas por la dispersión y por el impacto de las plumas. Estos modelos incluyen losestimados de dispersión mencionados anteriormente y las diferentes condicionesmeteorológicas, incluídos los factores relacionados con la temperatura, la velocidad delviento, la estabilidad y la topografía. Existen cuatro tipos genéricos de modelos:gaussiano, numérico, estadístico y físico.

Los modelos gaussianos emplean la ecuación de distribución gaussiana y sonampliamente usados para estimar el impacto de contaminantes no reactivos.

En el caso de fuentes de áreas urbanas que presentan contaminantes reactivos, losmodelos numéricos son más apropiados que los gaussianos pero requieren unainformación extremadamente detallada sobre la fuente y los contaminantes, y no se usanmucho.

Los modelos estadísticos se emplean cuando la información científica sobre los procesosquímicos y físicos de una fuente están incompletos o son vagos.

Los modelos físicos, que requieren estudios de modelos del fluido o en túnelesaerodinámicos del viento.- La adopción de este enfoque implica la elaboración demodelos en escala y la observación del flujo en éstos. Este tipo de modelos es muycomplejo y requiere asesoría técnica de expertos. Sin embargo, en el caso de áreas conterrenos complejos y condiciones del flujo también complejas, flujos descendentes de lachimenea, y edificios altos, ésta puede ser la mejor opción.

La selección de un modelo de calidad del aire depende del tipo de contaminantesemitidos, de la complejidad de la fuente y del tipo de topografía que rodea la instalación.Algunos contaminantes se forman a partir de la combinación de contaminantesprecursores. Por ejemplo, el ozono en el nivel del suelo se forma cuando los compuestosorgánicos volátiles (COV) y los óxidos de Nitrógeno (NOx) actúan bajo la acción de la luzsolar. Los modelos para predecir las concentraciones de ozono en el nivel del sueloemplearían la tasa de emisión de COV y NOx como datos de entrada. Además, algunoscontaminantes reaccionan fácilmente una vez que son emitidos en la atmósfera. Estasreacciones reducen las concentraciones y puede ser necesario considerarlas en elmodelo. La complejidad de la fuente también desempeña un papel en la selección.Algunos contaminantes y pueden ser emitidos desde chimeneas bajas sujetas a flujosdescendentes aerodinámicos. Si éste es el caso, se debe emplear un modelo queconsidere el fenómeno.

En la dispersión de las plumas y los contaminantes, la topografía es un factor importanteque debe ser considerado al seleccionar un modelo. Las plumas elevadas pueden tenerun impacto en áreas de terrenos altos. Las alturas de este tipo de terrenos pueden






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experimentar mayores concentraciones de contaminantes debido a que se encuentranmás cerca de la línea central de la pluma. En el caso que existan terrenos elevados, sedebe usar un modelo que considere este hecho.

De los cuatro tipos de modelos de dispersión mencionados anteriormente, el gaussiano,que incluye la ecuación de distribución gaussiana es el más usado. La ecuación dedistribución gaussiana emplea cálculos relativamente simples, que sólo requieren dosparámetros de dispersión (σy y σz) para identificar la variación de las concentraciones decontaminantes que se encuentran lejos del centro de la pluma. Esta ecuación determinalas concentraciones de contaminantes en el nivel del suelo sobre la base de las variablesatmosféricas de tiempo promedio (por ejemplo, la temperatura y la velocidad del viento).Por lo tanto, no es posible obtener un "cuadro" instantáneo de las concentraciones de lapluma. Sin embargo, cuando se emplean promedios de tiempo de diez minutos a unahora para estimar las variables atmosféricas de tiempo promedio necesarias en laecuación, se puede asumir que las concentraciones de contaminantes en la pluma estándistribuídas normalmente.

Ec. 3

Donde:= concentración del contaminante en el nivel del suelo (gr/m3)

Q = masa emitida por unidad de tiempo= desviación estándar de la concentración de contaminantes en dirección y

(horizontal)= desviación estándar de la concentración de contaminantes en dirección z (vertical)

u = velocidad del vientoy = distancia en dirección horizontalz = distancia en dirección verticalH = altura efectiva de la chimeneaLa distribución gaussiana determina el tamaño de la pluma a sotavento de la fuente. Lafigura 17 muestra una representación esquemática de la pluma gaussiana. El tamaño dela pluma depende de la estabilidad de la atmósfera y de su propia dispersión en direcciónhorizontal y vertical. Los coeficientes de la dispersión horizontal y vertical sólo representanla desviación estándar de la normal en la curva de distribución gaussiana en lasdirecciones “y” y “z”. Estos coeficientes de dispersión, σy y σz, son funciones de lavelocidad del viento, de la cubierta de nubes y del calentamiento de la superficie por elsol. Para la distribución gaussiana es necesario que el material en la pluma se mantenga.En otras palabras, se debe dejar que el borde de la pluma se refleje desde el suelo sinperder ninguna contaminación. Además, la distribución gaussiana y la elevación de lapluma dependen de que el suelo sea relativamente plano a lo largo del recorrido. Comose expuso anteriormente, la topografía afecta el flujo y la estabilidad atmosférica del






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viento. Por consiguiente, un terreno desigual debido a la presencia de cerros, valles ymontañas afectará la dispersión de la pluma y la distribución gaussiana deberá sermodificada.

Figura 17.- Representación de la pluma Gausiana

Para obtener el modelo de una pluma mediante la distribución gaussiana, es necesarioque la dispersión de la pluma tenga una distribución normal, la tasa de emisión (Q) seaconstante y contínua, la velocidad y la dirección del viento sean uniformes y que lareflexión total de la pluma se produzca en la superficie.

Clases de estabilidad Pasquill-Gifford

Como se señaló anteriormente, la estabilidad de la atmósfera depende de la diferencia detemperatura entre una porción de aire y el aire que la rodea. Por consiguiente, se puedenproducir diferentes niveles de estabilidad según cuán grande o pequeña sea la diferenciade temperatura entre la porción de aire y el aire circundante. Como se describióanteriormente la atmósfera puede ser estable, condicionalmente estable, neutra,condicionalmente inestable o inestable. Sin embargo, para estimar la dispersión y lospropósitos del modelo, estos niveles de estabilidad se clasifican en seis clases basadasen cinco categorías de velocidad del viento superficial, tres tipos de insolación diurna ydos tipos de nubosidad nocturna. Estos tipos de estabilidad se denominan clases deestabilidad Pasquill-Gifford.

Como puede verse en el cuadro, las estabilidades A, B y C representan las horas diurnascon condiciones inestables. La estabilidad D, los días o noches con cielo cubierto concondiciones neutrales. Las estabilidades E y F, las condiciones nocturnas estables, y sebasan en la cantidad de cobertura de nubes. Por consiguiente, la clasificación Arepresenta condiciones de gran inestabilidad y la clasificación F, de gran estabilidad.






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Tabla 1.- Clases de estabilidad Pasquill-Gifford

Viento superficial Insolación Noche

Velocidad (a10 m) (m/s) Fuerte Moderada Ligera

Cobertura denubes bajas*

4/8

Cobertura denubes

3/8< 2 A A-B B - -2-3 A-B B C E F3-5 B B-C C D E5-6 C C-D D D D> 6 C D D D D

En los modelos gaussianos, la dispersión de la pluma lejos de la línea central estárepresentada por los coeficientes de dispersión, σy (horizontal) y σz (vertical). Ladispersión de la pluma depende de la clasificación de estabilidad asignada al escenariobajo estudio. La figura 18 muestra los valores que los modelos gaussianos emplean parala dispersión horizontal según la clasificación de la estabilidad y la distancia a sotaventode la chimenea. Como es de suponer, los coeficientes de dispersión horizontal aumentana medida que las condiciones atmosféricas se hacen menos estables (van de F a A). Demanera similar, se muestra los valores usados por modelos gaussianos para estimar ladispersión vertical. Si se comparan los dos gráficos, se puede observar que laclasificación de la estabilidad afecta la dispersión vertical más radicalmente que lahorizontal. Los siguientes gráficos de los coeficientes de dispersión se pueden usar a finde obtener valores para σy y σz empleados como datos de alimentación para la ecuaciónde distribución gaussiana.

Figura 18.- Coeficientes de dispersión horizontal y vertical.

Para lugares ubicados a sotavento de la fuente en terrenos relativamente planos, lasconcentraciones de contaminantes se pueden determinar por medio de la ecuacióngaussiana de distribución u otra similar. Sin embargo, el uso de modelos computarizadospara la dispersión atmosférica simplifica mucho más los cálculos de la concentración de






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contaminantes y permite aplicarlos en escenarios más complejos. El análisis de modelospuede darse en dos niveles: un nivel de sondeo y otro refinado.

El modelo de sondeo se realiza antes del refinado para obtener un panorama inicial al deltipo de concentración de contaminantes que se producirá debido a una determinadafuente. Consiste en modelos simples que emplean técnicas y suposiciones de estimaciónrelativamente sencillas. Por consiguiente, los resultados son conservadores, e indican quesi se ejecuta un modelo refinado, los estimados de la concentración de contaminantes nodeberán ser mayores. El modelado de sondeo generalmente se realiza en primer término,con vistas a eliminar cualquier fuente que implicará un problema para la calidad del aire, ono contribuirá con ésta. En los análisis de modelado refinado, no es necesario considerarlas fuentes que no representan ningún problema para calidad del aire.

El segundo nivel de análisis es el modelado refinado. Este nivel consiste en cálculos másanalíticos y complejos. Requiere información más detallada sobre la fuente, lascondiciones meteorológicas y el terreno, así como mejor número de datos de entrada.Mientras que los modelos de sondeo asumen el "peor de los casos" para las condicionesmeteorológicas y presupuestos simplificados sobre el terreno, los refinados incorporaninformación más completa sobre el terreno y la fuente, y emplean datos meteorológicosreales. Al incluir información más detallada en el modelo, se pueden obtener estimadosmás exactos y descriptivos sobre la concentración de los contaminantes para las áreasque rodean a la fuente.

Los modelos gaussianos se consideran exactos para determinar las concentraciones decontaminantes hasta una distancia de 50 km de la fuente. Sin embargo, debido a diversassituaciones atmosféricas, los contaminantes pueden ser transportados más allá de 50 km.Algunos contaminantes como los compuestos de sulfuro, partículas finas y el ozono, queno se remueven rápidamente de la atmósfera, pueden ser transportados a distanciaslejanas. Los modelos climáticos de gran escala y las variables atmosféricas tales como laluz solar y la precipitación pueden afectar el transporte de estos contaminantes. Lastécnicas computarizadas para el análisis de trayectorias generalmente se usan paraanalizar el transporte y la transformación de estas sustancias. Estas técnicas consideranel flujo de una porción de aire contaminado.

Tema IV.- Monitoreo de la calidad del aire.

Una de las partes medulares de la ingeniería ambiental en cuanto a problemas decontaminación atmosférica se refiere, es la medición de los diversos contaminantes quese encuentran presentes en el aire ambiente, con el objetivo de conocer si existe unimpacto y posteriormente minimizarlo y/o controlarlo.

4.1 Límites máximos permisibles de contaminantes en aire ambiente.

Las mediciones están encaminadas a compararse con valores establecidos por lasautoridades ambientales o de salud para vigilar su cumplimiento y en su caso el






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establecimiento de medidas de contingencia que permitan la menor exposición posible delas personas a niveles tan altos de contaminantes.

En México la autoridad encargada de emitir las normas que fijan los límites máximospermisibles de contaminantes en aire ambiente es la Secretaría de salud. En la tabla 2 setienen los valores de concentración máximos permisibles de los contaminantes másimportantes.

Tabla 2.- límites máximos permisibles de contaminantes criterio.

Contaminante Norma OficialMexicana

Límite máximo (ppm)(µg/m3)

Frecuencia

Ozono (O3) NOM-020-SSA1 0.11 216 Una hora, una vez alaño, en un periodode tres años

Monóxido deCarbono (CO)

NOM-021-SSA1 11.0 12,595 Promedio móvil de 8horas una vez al año

Bióxido de azufre(SO2)

NOM-022-SSA1 0.13 341

0.03 79

24 horas 1 vez al año

Media aritméticaanual

Bióxido de Nitrógeno(NO2)

NOM-023-SSA1 0.21 395 Una hora una vez alaño

PartículasSuspendidas Totales(PST)

NOM-025-SSA1 210 24 horas 1 vez al año

Partículas menores a10 µm (PM10)

NOM-025-SSA1 120

50



Partículas menores a2.5 µm (PM 2.5)

NOM-025-SSA1 65

15



Plomo (Pb) NOM-025-SSA1 1.5 Media aritmética de3 meses






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4.2 Equipos de monitoreo.

Los equipos de monitoreo de contaminantes pueden clasificarse de manera general enautomáticos y manuales. Los automáticos nos permiten conocer el valor de laconcentración en tiempo real mientras que los manuales requieren de un análisis posteriora la toma de muestra. Actualmente los métodos manuales se ocupan con objetivos deinvestigación y solo para tener una referencia de las concentraciones en un periodo detiempo largo. Pero si el objetivo del muestreo es el de observar el cumplimiento de lasnormas oficiales mexicanas los equipos automáticos son los necesarios.

4.2.1 Monitoreo de Partículas

Muestreador de altos volúmenes

La siguiente figura presenta un muestreador de alto volumen que se usa como un métodomanual para medir partículas totales en suspensión (PTS) y plomo en el aire. En esteproceso gravimétrico, la bomba en el muestreador de aire de alto volumen crea un vacíoque lleva el aire a una caseta cubierta. El aire pasa a través de un filtro que atrapa elmaterial particulado. Para determinar la cantidad de material particulado en una muestrade aire, se pesa el filtro antes y después del muestreo. La diferencia de peso es lacantidad de material particulado atrapado en el filtro. La concentración de plomo sedetermina mediante técnicas de extracción adicional y absorción atómica.

Figura 19.- Muestreador de partículas de altos volúmenes

Método de transducción gravimétrica de oscilaciones inducidas.

Mediante este método se puede conocer la concentración de partículas de fracción fina(PM10 y PM2.5) que un dispositivo de altos volúmenes no puede separar. Existen 2 tiposdiferentes de equipos que utilizan este método.

Microbalanza oscilatoria -“TEOM”-. Las partículas se colectan contínuamente en un filtro,la frecuencia de resonancia del elemento decrece a medida que la masa de las partículas






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se acumula, la concentración de la masa de las partículas se calcula por medio de unarelación calibrada entre la frecuencia y la cantidad de partículas.

Microbalanza piezoeléctrica: Las partículas se depositan por impactación inercial o porprecipitación electrostática en la superficie de un disco de cristal de cuarzo piezoeléctrico.La frecuencia de resonancia natural del cristal decrece a medida que se acumulan laspartículas. El cambio de frecuencia del cristal de muestreo es electrónicamentecomparado con un cristal de referencia limpio, generando una señal que es proporcional ala masa colectada.

El aire se hace pasar a través de un filtro el cual es parte de un sistema que vibra a suresonancia característica. Las PMs colectadas sobre el filtro aumentan la masa vibrante ypor lo tanto decrece la frecuencia de oscilación en forma proporcional. La concentraciónde PMs es calculada a partir de una calibración que relaciona la frecuencia de vibración yla cantidad de partículas, teniendo en cuenta el volumen de muestra de aire.

Figura 20.- Microbalanza oscilatoria para la medición de partículas finas (TEOM)

Atenuación por radiación Beta

El equipo cuenta con una cinta de fibra de vidrio en la cual se depositan las partículasdurante un tiempo de aspiración de una hora, después de ese tiempo, se hace pasar através de la cinta, una cantidad de radiación beta que proviene de un isotopo de carbono14. Si la cantidad de partículas en el filtro es alta el detector Geiger recibe poca radiación.Si la cantidad de partículas en el filtro es baja, el detector recibe más radiación, por lo quela cantidad de partículas se cuantifica mediante la diferencia entre la radiación absorbidapor la muestra y la recibida por el detector.

4.2.2 Monitoreo de Gases.






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El monitoreo de gases se realiza mediante equipos que miden su concentración demanera indirecta, esto es, miden propiedades radiactivas que permiten estimar suconcentración. A continuación en la tabla 3 se presenta el principio de operación de cadatipo de analizador.

Tabla 3.- Principios de operación de los analizadores de gases

Equipo Principio de operación

Ozono (O3) Fotometría ultravioleta

Óxidos de Nitrógeno (NO, NO2) Quimiluminiscencia

Dióxido de azufre (SO2) Fluorescencia pulsante

Monóxido de Carbono (CO) Espectroscopía no dispersiva porcorrelación de filtro gaseoso

Ozono

El analizador de ozono emplea el método de fotometría UV que se fundamenta en la absorción de luz UV delongitud de onda de 254 nm debida a una resonancia electrónica interna en la molécula de O3. Losanalizadores utilizan una lámpara de mercurio que emite casi la totalidad de la luz en una longitud de ondade 254 nm. Esta luz ilumina una celda o tubo de vidrio hueco que se llena alternativamente con la muestrade aire ambiente y con la muestra a la cual previamente se ha removido el ozono por medio de uncatalizador. La concentración se calcula de la relación de intensidades de luz que pasa a través del gasdepurado y de luz que pasa a través de la muestra, empleando la relación de Lambert y Beer. El cálculo dela concentración se corrige para la densidad de la muestra empleando los valores de temperatura y presiónmedidos simultáneamente por el instrumento.

InterferenciasEl método puede presentar interferencias cuando el monitoreo se realiza en presencia de altasconcentraciones de hidrocarburos aromáticos, cuando ocurre condensación de agua en las líneas deconducción de muestra y en un ambiente que contenga vapor de Mercurio.

Óxidos de Nitrógeno

El principio de operación de los analizadores de NOx se basa en el método de quimiluminiscencia. Elinstrumento mide la intensidad luminosa de la reacción quimiluminiscente entre el óxido nítrico (NO) y elozono (O3), está diseñado para medir la concentración de óxido nítrico, dióxido de Nitrógeno (NO2) y óxidosde Nitrógeno totales (NOx).

La determinación de NO, NO2 y NOx se realiza a partir de la reacción en fase gaseosa del óxido nítrico(NO) y el ozono (O3) la cual produce una emisión de luz característica (quimiluminiscencia) cuya intensidades proporcional a la concentración de óxido nítrico en la muestra.






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Para medir el dióxido de Nitrógeno es necesario reducir el NO2 a NO, para este efecto se utiliza unconvertidor catalítico de Molibdeno calentado a 315°C, donde tiene lugar la reacción dirigida hacia unaválvula solenoide de 3 vías. La solenoide puede dirigir la muestra de aire directamente a la cámara dereacción o a través del convertidor de Molibdeno. Cuando la muestra de aire pasa a través de la cámara dereacción la luminiscencia emitida corresponderá a la concentración de NO presente en la muestra, cuandola muestra pasa previamente por el convertidor la luminiscencia emitida corresponderá a la suma de NOmuestra más el NO2 reducido, la concentración determinada es equivalente a la concentración total deóxidos de nitrógeno NOx ( NO + NO2 » NOx). La concentración de NO2 se calcula de la diferencia entre NOy NOx.

InterferenciasEl método puede presentar interferencias por la presencia de vapor de agua a concentraciones superiores a20 ppm. La reducción catalítica de NO2 a NO usando Molibdeno calentado puede presentar interferenciaspor la reducción de nitratos de peroxiacetilo (a 375 °C y450 °C); nitrato de etilo, nitrito de etilo, HONO yHNO3 (a 350 °C, 375 °C y 450 °C); nitrato de metilo, nitrato de n-propilo, nitrato de n-butilo y nitrocresol (a450°C)

Dióxido de azufre

El principio de operación de los analizadores de SO2 es el método de fluorescencia de SO2, éste aprovechala propiedad de las moléculas del SO2 de emitir luz al decaer desde un estado electrónico de excitacióndespués de ser irradiadas con luz ultravioleta. En el analizador una lámpara de luz ultravioleta (UV) emiteradiación que atraviesa un filtro de 214 nm, esta radiación excita las moléculas de SO2 a un nivelelectrónico superior que al regresar al estado basal emiten luz en el intervalo de 220 a 240 nm, esta emisiónfluorescente es medida por un tubo fotomultiplicador con un filtro de 250 a 390 nm. La energía luminiscenteque incide sobre el tubo fotomultiplicador se procesa para convertirla en una señal de tensión directamenteproporcional a la energía contenida en el haz que se analiza como muestra.

El método puede presentar interferencias por hidrocarburos aromáticos polinucleares los cuales tienen lapropiedad de absorber en la región del ultravioleta, para minimizar esta interferencia el analizador APIcuenta con un supresor de hidrocarburos. Otras interferencias se presentan en presencia de: condensaciónde vapor de agua en las líneas, de altas concentraciones de Azufre o por la presencia de fuentes decombustión cercana al punto de muestreo.

Monóxido de Carbono

El principio de operación del analizador de CO se fundamenta en la absorción de radiación infrarroja (IR) porlas moléculas de CO en una longitud de onda cercana a los 4.7 micrómetros. La luz infrarroja es emitida porun elemento incandescente, el cual pasa a través de una rueda giratoria que alterna una celda de Nitrógeno(celda de medición) y una celda con mezcla CO/Nitrógeno (celda de referencia), a una velocidad de 30ciclos por segundo. El haz de luz es modulado en pulsos de referencia y de medición. El haz se introduce ala cámara de reacción en donde es reflejado internamente por la acción de espejos colocados en losextremos de la cámara. Dentro de la cámara de reacción se mantiene un flujo constante de aire ambiente.Cuando el haz pasa por la mitad que contiene Nitrógeno puro, la energía infrarroja lo traspasa sin sufrirmayor atenuación, produciendo un haz de medición que al llegar a la cámara de reacción sufrirá unaatenuación por efecto de las moléculas de CO. Cuando el haz infrarrojo atraviesa la mitad del filtro de gasconteniendo CO saturado, la energía infrarroja es atenuada totalmente y el CO existente en la muestra deaire no puede atenuar más la señal. El efecto del filtro rotatorio es producir una señal modulada, cuyaamplitud es proporcional a la concentración de CO en la muestra. Finalmente el haz sale de la cámara hacia






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un detector de energía infrarroja, la respuesta del detector es procesada electrónicamente para determinarla concentración del compuesto.

El método puede presentar interferencias por vapor de agua y dióxido de Carbono.

4.3 Percepción remota

Los métodos anteriormente descritos para la medición de concentración de gases en aireambiente, tienen en común la toma de una muestra de gas hacia los analizadores. Sinembargo existen técnicas en las cuales no es necesario tener una toma de muestra nillevarla a ningún analizador; estas son las técnicas de percepción remota, en donde semide directamente el aire ambiente. A continuación se mencionan dos técnicas depercepción remota.

Espectofotometría de Absorción Óptica Diferencial (DOAS).La espectofotometría es una técnica de análisis químico que hace uso de lascaracterísticas de la radiación electromagnética. La radiación posee ciertas característicasque se pueden medir, entre ellas las más comunes son la longitud de onda y laintensidad. Cuando la radiación pasa a través de una sustancia o medio como laatmósfera; esta es modificada y distorsionada por las moléculas de varios compuestosquímicos, los cuales se encuentran mezclados en el medio.La Espectofotometría de Absorción Óptica Diferencial (DOAS), mide la absorción a travésde la atmósfera de dos longitudes de onda provenientes de una fuente conocida. Unalongitud de onda se escoge de acuerdo al compuesto de interés, y la otra muy cercana ala primera se usa para cuantificar los efectos atmosféricos.El término línea de absorción se usa para referirse a una longitud de onda, en la quecierto átomo o molécula puede absorber más que en cualquier otra. Por ejemplo, si nosinteresara medir ozono, la longitud de onda seleccionada sería aquella en la cual se haidentificado que el ozono absorbe mejor.Un rayo de luz con una longitud de onda específica, se dirige hacia la atmósfera; lo que semide es la cantidad de energía absorbida en el trayecto que ha recorrido. La cantidad deenergía absorbida a esa longitud es proporcional a la concentración de ozono que hay enel segmento. A su vez se dirigirá un haz de luz de longitud muy cercana al primero, con elobjetivo de determinar la absorción que pudo no ser debida al ozono. De esta forma seasegura que la medida obtenida sea únicamente producto de la absorción de la moléculaen cuestión.Interferencias.En trayectoria abierta la aplicación del sistema DOAS puede sufrir distorsiones debido adiferentes compuestos que se encuentran en la atmósfera. Siguiendo con el ejemplo delozono, el Oxígeno puede interferir en la región por debajo de los 270 nm. El SO2 tiene unafuerte absorción en los 300 nm, y una débil absorción a los 283 nm que puedesobrestimar las concentraciones reales.Lluvia, niebla e incluso valores de humedad muy altos, interfieren con la propagación delhaz de luz emitido por lámparas de Xenón, haciendo las medidas de absorción muydifíciles de obtener. Una forma de atenuar este problema es el uso de calentadores cerca






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de las lámparas; sin embargo no se resuelve del todo. Además sólo se convierte en unproblema serio en condiciones muy extremas de las variables mencionadas. En largastrayectorias usando radiación UV, la turbulencia existente puede distorsionar o reflejar losrayos de luz.

Figura 21.- Representación esquemática de un equipo DOASFTIR (Fourier Transform Infrared Spectrometer)El instrumento, cuenta con una fuente de infrarrojo cuya radiación es dirigida a uninterferómetro. Una vez modulado, el haz es dirigido mediante óptica de transferencia aun telescopio tipo Cassegrain de Aluminio pulido y recubrimiento de óxido de Silicio. Eltelescopio, con un diámetro de 30 cm, transmite el haz de forma colimada hacia otrotelescopio de las mismas características y cuya función es colectar la radiacióndirigiéndola a un detector de HgCdTe y enfriado a 77 oK. La señal es transmitidamediante un cable al sitema de adquisición, donde es transformada (Fourier) al dominioespectral para ser procesada y almacenada.

Figura 22.- Representación esquemática de un equipo FTIR






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Tema V.- Control de la contaminación atmosférica

La normatividad mexicana vigente establece límites máximos permisibles de emisión decontaminantes para fuentes fijas. La utilización de equipos de control de contaminantesatmosféricos se hace necesaria cuando las emisiones que se tienen en cierto tipo deindustria o actividad rebasan los límites exigidos, o bien, cuando las concentraciones enaire ambiente de los contaminantes emitidos rebasen la normas respectivas.

De los sistemas de control existentes se pueden dividir en dos partes: los equipos decontrol de partículas y gases.

5.1 Partículas.

Cámaras de sedimentación

Las cámaras de sedimentación emplean la fuerza de gravedad para remover partículassólidas. El flujo de gas ingresa a una cámara donde disminuye la velocidad del gas. Laspartículas más grandes caen del flujo de gas en una tolva. Debido a que las cámaras desedimentación son efectivas sólo para la remoción de partículas más grandes,usualmente se usan junto con un dispositivo más eficiente de control.

Figura 23.- Cámara de sedimentación

Filtros

El filtro de tela o cámara de filtros de bolsa trabaja bajo el mismo principio que unaaspiradora de uso doméstico. El flujo de gas pasa por el material del filtro que retira laspartículas. El filtro de tela es eficiente para retener partículas finas y puede sobrepasar 99por ciento de remoción en la mayoría de las aplicaciones. Una desventaja del filtro de telaes que los gases a altas temperaturas a menudo tienen que ser enfriados antes de entraren contacto con el medio filtrante.






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Figura 24.- Cámara de filtros de bolsas.

Lavadores Venturi

Los lavadores Venturi usan un flujo líquido para remover partículas sólidas. En el lavadorVenturi, el gas cargado con material particulado pasa por un tubo corto con extremosanchos y una sección estrecha. Esta constricción hace que el flujo de gas se acelerecuando aumenta la presión. El flujo de gas recibe un rocío de agua antes o durante laconstricción en el tubo. La diferencia de velocidad y presión que resulta de la constricciónhace que las partículas y el agua se mezclen y combinen. La reducción de la velocidad enla sección expandida del cuello permite que las gotas de agua con partículas caigan delflujo de gas. Los lavadores Venturi pueden alcanzar 99 por ciento de eficiencia en laremoción de partículas pequeñas. Sin embargo, una desventaja de este dispositivo es laproducción de aguas residuales.

Figura 25.- Lavador Venturi.






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Ciclones

Los ciclones usan el principio de la fuerza centrífuga para remover el material particulado.En un ciclón, el flujo contaminante es forzado a un movimiento circular. Este movimientoejerce fuerza centrífuga sobre las partículas y las dirige a las paredes exteriores delciclón. Las paredes del ciclón se angostan en la parte inferior de la unidad, lo que permiteque las partículas sean recolectadas en una tolva. El aire limpio sale del ciclón por la partesuperior de la cámara, pasando por un espiral de flujo ascendente o vórtice formado poruna espiral que se mueve hacia abajo. Los ciclones son eficientes para remover partículasgrandes pero no son tan eficientes para partículas pequeñas. Por esta razón, a menudose usan con otros dispositivos de control.

Figura 26.- Ciclón

Precipitadores electrostáticos

Los precipitadores electrostáticos son dispositivos que se utilizan para atrapar partículas através de su ionización usando la fuerza de una carga electrostática inducida.

El precipitador más básico contiene una fila de alambres finos, seguido por pilas de placasplanas de metal espaciadas aproximadamente 1 centímetro. La corriente de aire pasa através de los espacios entre los alambres y después atraviesa el apilado de placas.






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Una fuente de alto voltaje transfiere electrones de las placas hacia los alambres,desarrollando así una carga negativa de varios miles de voltios en los alambres, relativa ala carga positiva de las placas. Mientras que la materia de partículas atraviesa la fuertecarga negativa de los alambres, la materia de partículas toma la carga negativa y seioniza. Las partículas ionizadas entonces pasan a través de las placas cargadaspositivamente, siendo atraídas por éstas placas.

Una vez que las partículas están en contacto con la placa positiva, entonces ceden suselectrones y se convierten en partículas cargadas positivamente como la placa, ycomienzan a actuar así como parte del colector. Las partículas se retiran de las placasmediante "golpes secos" y se recolectan en una tolva ubicada en la parte inferior de launidad.

La precipitación electrostática es típicamente un proceso seco, pero el rocío de aguaayuda al flujo entrante a recoger partículas excepcionalmente finas, y ayuda a reducir laresistencia eléctrica del material seco entrante para hacer el proceso más efectivo.

Un efecto secundario indeseable de los dispositivos de precipitación electrostática es laproducción de ozono.






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Figura 27.- Precipitador electrostático

5.2 Gases

Incineradores termales

Los incineradores termales se usan frecuentemente para controlar la emisión contínua decompuestos orgánicos volátiles combustibles. En general, la incineración destruye gasesy desechos sólidos mediante la quema controlada a altas temperaturas. Cuando losincineradores termales se operan correctamente pueden destruir más de 99 por ciento delos contaminantes gaseosos.






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Para la incineración termal es importante que el flujo de vapor del incinerador termal tengauna tasa de flujo y concentración constantes del gas combustible. Estos dispositivos noson adecuados para flujos fluctuantes de vapor porque la eficiencia del proceso decombustión depende de la mezcla apropiada de vapores y un tiempo específico depermanencia en la cámara de combustión.

El tiempo de permanencia es el período que la mezcla del combustible permanece en lacámara de combustión. A menudo se agrega un combustible suplementario al incineradortermal para complementar la cantidad de gases contaminantes que se queman en elincinerador. La energía y calor producidos por el proceso de incineración se puedenrecuperar y dedicar a usos provechosos en una fábrica.

Figura 28.- Incinerador termal

Incinerador catalítico

Los incineradores catalíticos son similares a los termales e incluyen un catalizador paraevaluar el proceso de combustión. Los catalizadores permiten que el proceso decombustión ocurra con temperaturas más bajas, lo que reduce el costo del combustible.Cuando se usa un incinerador catalítico se obtiene una eficiencia de destrucción mayor de95 por ciento. Si se emplea un volumen mayor de catalizadores o temperaturas más altases posible alcanzar una mayor eficiencia. Los incineradores catalíticos son másconvenientes para las emisiones con bajo contenido de COV.

Figura 29.- Incinerador catalítico






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Quemadores

Los quemadores se usan comúnmente para la disposición de gases residuales durantealteraciones del proceso, como los que se dan cuando se inicia o concluye un proceso.Son básicamente dispositivos de seguridad que también se usan para destruir emisionesde desechos. Un quemador se puede usar para controlar casi cualquier emisión quecontiene compuestos orgánicos volátiles. Las llamas se pueden diseñar para manejardesechos que tienen fluctuaciones en la tasa de flujo y en el contenido de compuestosorgánicos. La eficacia de remoción es de aproximadamente 98 por ciento.

Figura 30.- Quemador

Adsorbedores de carbón activado

El proceso de adsorción más común es mediante el carbón. El adsorbedor de carbón usapartículas de carbón activado para controlar y recuperar las emisiones gaseosascontaminantes. En este proceso, el gas es atraído y se adhiere a la superficie porosa delcarbón activado, lográndose una eficiencia de remoción de 95 a 99 por ciento. Se usaparticularmente para recuperar compuestos orgánicos valiosos, por ejemplo, elPercloroetileno que se usa en los procesos de lavado al seco.

Los sistemas de adsorción pueden ser regeneradores o no regeneradores. Un sistemaregenerador usualmente contiene más de un lecho de carbón. Mientras un lecho retiraactivamente los contaminantes, el otro se regenera para uso futuro. Para extraer loscontaminantes atrapados en el lecho y llevarlos a un dispositivo de recuperación se usavapor.






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Mediante la regeneración, las mismas partículas de carbón activado se pueden usar una yotra vez. Los sistemas de regeneración se usan cuando la concentración delcontaminante en el flujo de gas es relativamente alto.

Figura 31.- Sistema de adsorción regenerador de carbón

Usualmente, los sistemas no regeneradores tienen lechos más delgados de carbónactivado. En un adsorbedor no regenerador, el carbón gastado se descarta cuando sesatura con el contaminante. Debido al problema de desechos sólidos que genera estesistema, los adsorbedores no regeneradores de carbón se usan cuando la concentracióndel contaminante es sumamente baja.

Figura 32.- Sistema de adsorción no regenerador de carbón.

Condensadores

Los condensadores remueven contaminantes gaseosos mediante la reducción de latemperatura del gas hasta un punto en el que el gas se condensa y se puede recolectaren estado líquido. La condensación se puede lograr mediante un incremento de la presióno la extracción de calor de un sistema. La extracción de calor es la técnica que más seemplea.






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Los condensadores se usan generalmente para recuperar los productos valiosos de unflujo de desechos. Usualmente se usan con otro dispositivo de control. Por ejemplo, uncondensador se puede usar para remover una sustancia gaseosa de un flujocontaminante. Luego, los gases remanentes del flujo contaminante se destruyen en unincinerador.

En el control de la contaminación se emplean condensadores de contacto y de superficie.En los condensadores de contacto, el gas hace contacto con un líquido frío. En uncondensador de superficie, los gases entran en contacto con una superficie fría en la cualcircula un líquido o gas enfriado, como la parte exterior de un tubo. La eficiencia deremoción de los condensadores varía de 50 a más de 95 por ciento, dependiendo deldiseño y aplicación.

Quemadores de bajo NOx

Estos quemadores escalonan el aire que se aporta en el quemador, retirando parte delaire del núcleo de la llama más caliente y creando una atmósfera reductora, entonces elresto de aire, llamado aire secundario, se recircula envolviendo el núcleo más caliente yproduciendo una atmósfera oxidante para terminar la combustión. Al retirar O2 de la zonamás caliente se evita la combinación de N2 con O2, limitando la generación de NO que escatalizado por la temperatura. De este modo se puede reducir el NOx entre un 55% y un70%.

Si se necesita reducir más el NOx, se recurre a tecnologías de reducción selectiva dondese utiliza un reactor catalítico en donde se inyecta urea o amoníaco que reacciona con elNO reduciéndolo a N2 y H2O y se consigue una eliminación del 90-95% del NOxgenerado en la combustión.

Rociadores Húmedos

De las medidas de control que hay, una de las más adecuadas para el caso de lasemisiones en termoeléctricas es la eliminación de Azufre en corriente gaseosa (Flue-gasdesulfurization FGD). En este proceso al gas de combustión se le hace reaccionar con uncompuesto alcalino, para la formación de sulfatos sólidos, los cuales son removidos delequipo. Este proceso tiene tres variantes:

- Wet Scrubbers: En este proceso los gases de salida pasan a través de unatorre en la cual se rocía CaO o CaCO3 en solución acuosa, el SO2 esremovido por la solución y se forma Sulfato de Calcio. El producto de lareacción puede desecharse o tratarse para recuperar el Sulfato de Calcio yaprovecharse para otros usos. La eficiencia del proceso es de un 99% parala remoción de SO2.

- Spray Dry Scrubbers: Al igual que el proceso anterior se hace reaccionar algas de salida con una solución acuosa de CaO o CaCO3, solamente que elrociado es mucho más fino de tal manera que el calor de los gases evaporeal agua del producto de la reacción; de esta manera se elimina la necesidad






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CONDHUCE, S.C.

de darle un tratamiento al agua residual de la reacción. La eficiencia de estemétodo es de 93-97%.

- Sorbent Injection: En este método se rocía CaCO3 o Ca(OH)2 en baseseca, los gases de salida reaccionan con el polvo y forman Sulfato de Calcio,la eficiencia que se alcanza con este método es de un 50-80%, pero el costode operación es bajo y el no se tiene que tratar el producto de la reacción.

Figura 33.- Wet Scrubber



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Módulo 1 tratamiento y_control_de_emisiones_contaminantes_at