6. CONTAMINACION DEL AIRE...6. CONTAMINACION DEL AIRE 6.1 INTRODUCCION EJ hombre adulto en promedio...

6 CONTAMINACION DEL AIRE 61 INTRODUCCION

EJ hombre adulto en promedio intercambia 15 kg de aire al d ia en comparashycion con menos de 15 kg de alimentos 0 alrededor de 25 kg de agua (OMS 1976) Durante mucho tiempo el hombre disfruto del aire sin preocuparse losuficiente por su calidad ya sea porque Ie parecia que estaba buena 0 porshyque no entendia (ni entiende) muchos de sus efectos EI proceso de urbanizashycion e industrializacion ha concentrado las emisiones de contaminantes atmosshytericos en unas zonas muy reducidas Para escapar al smog se debe ir al campo lejos de lef civilizacion y de la industrializacion Las residencias urbanas tienen altos niveles de concentracion de contaminantes atmosfericos provenientes de trilfico automotor industrias estufas a gas cigarrillos aerososhyles y productos de limpieza A media que la gente se desplaza al campo hushyyendo del aire viciado de las ciudades el problema de la mala calidad del aire se va extendiendo mas sin respeto de frontera alguna

EI objetivo de este capitulo consiste en describir el aire que nos rodea y su fragilidad identificar algunos de los contaminantes y de sus fuentes enumeshyrar algunos de los efectos que la contaminacion del aire tiene sobre las persoshynas los bienes y los ecosistemas revisar los sistemas de control aplicables AI tener un mejor conocimiento del problemade la calidad del aire se pueden tomar posiciones mas serias con respecto a su mejoramiento

62 EL AIRE QUE NOS RODEA

La composicion de la atmosfera terrestre no es fija hace miles de ailos se componia principal mente de hidrogeno metano y amonfaco gaseoso Grashydual mente la fotosintesis y la respiracion aerobica de los organismos vivos cambiaron la composicion del aire de tal manera que su composicion es aproxishymadamente la que aparece en la Tabla 22 EI aire es una mezcla que consiste aproximadamente en un 78 de nitrogeno 21 de ox geno y algo menos del 1 de argon Estos elementos unidos a 003 de anh fdrico carbonico forshyman el 9999 del aire seco completan el total vatios elementos gaseosos

104 Ans FaG Nat Minas Medellin (Colombia) No 601985 AM Fac Nal Minas Medellin Colombia) No 60 1985 105

1000~~T---~-------------~------~----~-----~~

EXOSFERA j 700

middot50 E

gtlt

c J-laquo

20

100 200

middot1

106

TERMOPAUSA

~

) TERMOSFER A

shy

~ I

500 IOO OPO39()Q 4bbO Temperatura (0 K )

Ans Fae Nal Mna~ Medel in (Colombia) No 60 1985

centrad ones indeseables de contaminantes Para un determinado patron de vientos la turbulenda sera mayor sobre colinas empinadas oedificios altos que en un terreno plano La condidon meteorologica de inversion de tempeshyratura en la que una capa de aire relativamente caliente se superponea una capa frfa origina turbulencia mInima y una pronunciaaa estabilidad atmosfeshyrica Las inversiones pueden afectar a una region bastante extensa y cuando persisten durante varias horas 0 inc1uso dias tienden a elevar las concentrashydones de contaminantes debido a la falta de turbulencia

63 CONTAMINANTESATMOSFERICOS

La contaminacion del aire es la presencia de solidos IIquidos 0 gases en conshycentraciones nodvas para las personas los animates la vegetacion 0 los mateshyriates 0 que interfiere con la comodidad del goce de la vida Existen dos tishypas principales de contaminantes del aire primarios y secundarios Un contashyminante primario es una sustancia que se agrega directamente al aire y sa preshysenta en una concentradon nociva puede ser un componente natural del aire que sobrepasa la concentracion normal como el dioxido de carbono 0 puede ser algo que no se encuentra normal mente en el aire como los componentes de plomo Un contaminante secundario es una sustancia qu mica nociva que se forma en la atmosfera a traves de una reaccion qu mica entre los composhynentes del aire Los problemas serios 0 agudos de contaminacion del aire se presentan general mente sobre una ciudad u otra area que emita niveles altos de contaminantes durante un perfodo de calma del aire

Todos los contaminantes del aire se pueden inc1uir en una de las siguientes categorlas

- Oxidos de Carbono CO CO2

- Oxidos de azufre S02 S03

- Oxidos de Nitrogeno N2 0 NO N02

- Hidrocarburos (Compuestos orgiinicos que contienen carbonoe hidrogeno) metano (CH4 ) butane (C4 Hi 0) benceno (C6 H6 )

_ Oxidantes fotoqu (micos Ozono (0 3 ) PAN (un grupo de peroxyacetilnitrashytos) y varios aldeh (dos

- Partculas (partlculas solidas 0 gotas ifquidas suspendidas en airel humo polvo hollin asbestos partlculas metalicas (berilio plomo cadshymio) aceites sales y su Ifatos

- Otros compuestos inorganicos asbestos acido ffuorhldrico (HF) acido sulfidrico (H 2 S) amon(aco (NH 3 ) acido sulfurico (H 2 S04 acido nitrico (HN03 )

Ans Fae Nal Minas Medellin (Colombia) No 60 1985 107

centraciones indeseables de contaminantes Para un determinado patron de vientos la turbulencia sera mayor sobre colinas empinadas 0 edificios altos que en un terreno plano La condid6n meteorol6gica de inversion de tempeshyratura en la que una capa de aire relativamente caliente se superponea una capa fda origina turbulencia minima y una pronunciada estabilidad atmosfeshyrica Las inversiones pueden afectar a una region bastante extensa y cuando persisten durante vadas horas 0 incluso d ias tienden a elevar las concentrashydones de contaminantes debido a la falta de turbulenda

63 CONTAMINANTES ATMOSF ER ICOS

La contaminaci6n del aire es la presencia de s61idos I iquidos 0 gases en conshycentraciones nocivas para las personas los animales la vegetacion 0 los mateshyriales 0 que interfiere con la comodidad del goce de la vida Existen dos tishypos principales de contaminantes del aire primarios y secundarios Un contashyminante primario es una sustancia que se agrega directamente al aire y se preshysenta en una concentraci6n nociva puede ser un componente natural del aire que sobrepasa la concentraci6n normal como el di6xido de carbono 0 puede ser algo que no se encuentra normal mente en el aire como los componentes de plomo Un contaminante secundario es una sustancia qu imica nociva que se forma en la atmosfera a traves de una reacci6n qu (mica entre los composhynentes del aire Los problemas serios 0 agudos de contaminacion del aire se presentan general mente sobre una ciudad u otra area que emita niveles altos de contaminantes durante un perfodo de calma del aire

Todos los contaminantes del aire se pueden incluir en una de las siguientes categor fas


- Oxidos de azufre 502 503

- Oxidos de Nitrogeno N2 0 NO N0 2

_ Hidrocarburos (Compuestos organicos que contienen carbonoe hidrogeno) metano (CH 4 ) butano (C4 HI 0) benceno (C6 H6 )

_ Oxidantes fotoquimicos Ozono (0 3 ) PAN (un grupo de peroxyacetilnitrashytos) y varios aldehdos

- Partlculas (partlculas s61idas 0 gotas IIquidas suspendidas en airel humo polvo hollin asbestos part(culas metalicas (berilio plomo cadshymio) aceites sales y sulfatos

- Otros compuestos inorganicos asbestos acido fluorh (drico (H F) acido sulffdrico (H 2 5) amonfaco (NH 3 ) acido sulfurico (H 2 504 ) acido n(trico (HN0 3 )

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- Otros compuestos organicos pesticidas herbicidas varios alcoholes y acimiddot

dos y otros qu micos (tinturas)

- Sustancias Radioactivas Tritio radon

- Calor problematico principal mente en lugares de trabajo

- Ruido Algunos autores 10 consideran como un tipo de contaminacion por Sl solo

Desde el punto de vista del control los contaminantes gaseosos del aire inclumiddot yen todas aquellas sustancias que son gases a temperatu ra y presion normal como tambien los vapores de sustancias que son I iquidas 0 solidas a condiciomiddot nes normales Entre los contaminantes gaseosos principales se incluyen el monoxido de carbono los hidrocarburos el acido sulffdrico los oxidos de nitrogeno el ozono y otros oxldantes y los oxidos de azufre Ademas se debe agregar el dioxido de carbono debido a su potencial efecto sobre el clima

Se considera material particulado en suspension todas las particulas solidas o I fquidas que se hallan en laatmosfera EI diametro es menor de unas 40 micras y diffcilmente se sedimenta

Los contaminantes particuladosse pueden clasificar como

Polvos

Particulas solidas producidas en el manejo 0 procesamiento de material como carbon cenizas y cemento Tambien se puedegenerar en una operacion mecamiddot nica como los trabajos de madera 0 pulimento de piezas metalicas por medio de arena EI polvo consiste de particulas grandes por ejemplo el polvo de cementa tiene unas 100 micras de diametro

Humos Metalicos

Unas partfculas solidas frecuentemente son oxidos metalicos formados por la condensacion de vapores por sublimaci6n destilaci6n calcinaci6n 0 proceshysos de reacci6n qu rmica Por ejemplo los oxidos de zinc y de plomo se promiddot ducen en procesos de altas temperaturas Las particulas en los humos son basmiddot tante pequeFias con diametro de 003 a 03 micras

Neblina

Consiste de particulas I iquidas formadas por la condensacion de un vap0r y quizil por reaccion qu imica Como un ejemplo se encuentra la formacI on de las neblinas de acido sulfurico

S03 (gas) __2_20_C_

Ans Fae Na Minas Medelln (Colombia) No 60 1985 108

EI trioxido de azufre se licua porque su punto de roclo es de 22deg C y las part(middot culas de S03 son higroscopicas Las neblinas van de 05 a 30 micras en diashymetro

Humo

Solo se incluye bajo este nombre las particulas producidas en la combustion incompleta de materiales carbonaceos Las partlculas de humo tienen diameshytros desde 005 hasta 1 micra aproximadamente

Roc(os

Partlculas Ifquidas formadas por la atomizacion dellfquido generador El diashymetro puedeir de 10 a 500 micras

64 FUENTES DE CONTAMINACION DEL AIRE

Si se mira la cantidad de cada uno de los contaminantes principales emitidos al aire el contaminante numero uno es el monoxido de carbono y la fuente principal de contaminaci6n es el automovil segun se puede observar en la Tabla 23 Se debe hacer la salvedad de que estos datos corresponden a Estados Unidos y la situacion puede ser bien diferente en otros paises No sepuede juzgar la importancia de un contaminante atmosferico en la base de la cantishydad total de emisi6n sino que se debe considerar que tan nocivo es para la salud humana Cuando se considera esto los peores contaminantes son los

oxidos de azufre y las partlculas dejando el ultimo lugar para el monoxido de carbono En cuanto a las fuentes las emisiones mas altas provienendel transporte pero los peores efectos sobre la salud provienen de las plantas termicas y las industrias

No siempre se puede inspeccionar y medir cada efluente para estimar la calishydad del aire en una zona determinada Algunos procesos individuales se han esshytudiado y disponen de factores de emision De esta manera se puede estimar la emision de estos procesos Los factores de emision son solo estimativos para los procesos estudiados y se deben utilizar con cautela

Plantas termicas

En promedio seestima que una planta termica que queme carbon produce SA kilogramos de partlculas por tonelada de carbon quemada LaA represenshyta el porcentaje de cenizas del carbon Si A es 10 por ciento la emision anshytes del equipo de control sera 8 x 100 080 kg de particulas por tonelada de carbon Las plantas termicas producen tambiEfn contaminantes gaseosos Para plantas de menos de 10 x 106 BTUhora (3 MW) se estiman las siguientes emisiones en libras por tonelada de carbon quemado


EI trioxido de azufre se lidia porque su punto de roelO es de 22deg C y las partmiddot culas de S03 son higroscopicas Las neblinas van de 05 a 30 micras en diashymetro

Humo

Solo se incluye bajo este nombre las partlculas producidas en la combustion incompleta de materiales carbOnikeos Las particulas de humo tienen diamemiddot tros desde 005 hasta 1 micra aproximadamente

Rocios

Particulas I iquidas formadas por la atomizaciondell iquido generador EI diashymetro puedeir de 10 a 500 mieras


Si se mira la cantidad de cada uno de los contaminantes principales emitidos al aire el contaminante numero uno es el monoxido de carbono y la fuente principal de contaminacion es el automovil segun se puede observar en la Tabla 23 Se debe hacer la salvedad de que estos datos corresponden a Estados Unidos y la situacion puede ser bien diferente en otros parses No se puede juzgar la importancia de un contaminante atmosferico en la base de la cantishydad total de emision sino que se debe considerar que tan nocivo es para la salud humana Cuando se considera esto los peores contaminantes son los oxidos de azufre y las part(culas dejando el ultimo lugar para el monoxido de carbono En cuanto a las fuentes las emisiones mas altas provienendel transporte pero los peores efectos sobre la salud provienen de las plantas termicas y las industrias

No siempre se puede inspeccionar y medir cada efluente para estimar la calishy dad del aire en una zona determinada Algunos procesos individuales se han esshy

tudiado y disponen de factores de emision De esta manera se puede estimar la emision de estos procesos Los facto res de emision son solo estimativos para los procesos estudiados y se deben utilizar con cautela

Plantas termicas

En promedio se estima que una planta termica que queme carbon produce 8A kilogramos de particulas por tonelada de carbon quemada LaA represenmiddot ta el porcentaje de cenizas del carbon Si A es 10 por ciento la emision anmiddot tes del equipo de control sera 8 x 100 0 80 kg de particulas por tonelada de carbon Las plantas termicas producen tambien contaminantes gaseosos Para plantas de menos de 10 x 106 BTUhora (3 MW) se estiman las siguientes emisiones en libras por tonelada de carbon quemado

Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombial No 60 1985 109

Aldehfdo (HCHOl 0005 MonOxido de Carbono 50 Hidrocarburos (CH 4 ) 10 Oxidos de Nitrogeno (N02 l 8 Oxidos de Azufre (S02 ) 38S

S es el porcentaje de azufre en el carbOn La capacidad calorica del carbon es de unos 28000 BTU por kilogramo

TABLA 23 Importancia relativa de los principales contaminantes y sus fuenshytes en los Estados Unidos en 1975

Por contaminante Emisiones anuales Porcentaje del total Rango

Efecto sobre la salud Porcentaje del total Rango

Oxidos de azufre Particulas Oxudos de Nitr6gerio Hidrocarburos MonOxido de Carbono

129 97 86

131 557

3 4 5 2 1

346 279 186 177

12

1 2 3 4 5

Total 1000 1000

Por fuente

Combustion estacionaria 169 2 430 1 Industria 153 3 257 2 Transporte 545 1 222 3 Quemas de agricultura 73 4 44 4 DisposiciOn de basuras 42 5 30 5 Miscelfmeas 18 6 17 6

Total 1000 1000

Los otros combustibles utilizados en las plantas termicas son el gas natural y el fuel oil Las emisiones son sustancialmente diferentes de las presentadas antes La capacidad calOrica es de unos 42000 STUkg para el gas y 39500 BTUkg del Fuel oil Para estimar las emisiones de estas plantas se puede utishylizar la informacion disponible en la Compilation of Air Pollutant Emission Factors (EPA 1977)

AutomOviles

Los factores de emision para automoviles sin ningun control se presentan en la Tabla 24 Estas emisiones se basan en velocidades promedias de 40 kmhora

no Ans Fac Nal Minas Medell in (Colombia) No 60 1985

en areas urbanas Las emisiones de los automovilesvarian grandementedeshypendiendo de la altura de lacilidad y de las condiciones locales de trMico

A velocidades mas altas hasta unos 50 kmhora se obtienenlas emisiones mas bajas de hidrocarbu ros ymon6xido de carbono~ Las emisiones para los motores dieselse dan en la Tabla 25e Indican Que enalgunas cljtegoriasson mejores que los mCltores a gasolina

TAB LA 24 F actores de ernisi6n para automovilessin control

Tipo de Emis6n kg por 1000 km-veh(culo

kg por 1000 galonesde gasolina

Aldehfdos (HCHO) 01 2 Monoxido de carbono 467 1150 Hidrocarburos (e) 35 100 Oxidos de Nitrogeno (N02 )

Oxidos de Aiufre (S02) 24 02

55 5

Part fcu las middot03 6

TABLA 25 Factores de emisi6n para motores diesel

Tipo de Emisi6n kg porl000 galones de combustible diesel

Aldehldos (HCHU) 5 Mon6xido de Carbono 30middot Hidrocarburos 70 Oxidos de Nitr6geno (N02) 110 Oxidos de Azufre (S02 ) 20 Partfculas 55

Hay factores de emision para muchas otras situaciones y para procesosindusshytriales Estosfactores se pueden consultar en el libro dela EPA (1977) sobre

compilacionde Factoresde Emisi6n)

65 NORMAS DE CAUDAD DEL AIFl E

Basados en los efectosde Gontaminantes sobre lasalud humana yen el tiempo de residencia de los contaminantes en elaire los gobiernosestablecenlas norshymas de caUdad parael aim ambiental Estas normas especifican los niveles maximos permisibles para cada tipodecontaminarite porencima de estos nj~ veles se pueden presentar efectos nocivos para la saludLas norrnascolombiashy

na5 5e prEsentan en la Tabla 26 Las normas primaris semiddot han disefiado para

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en areas urbanasLas emisiones de los automovilesvarfan grandementedeshypendiendo de la altura de laciudad Y de las condiciones locales deltrMico

A velocidadesmas altas hasta unos 50 kmhora se obtienen las emisiones mas bajas de hidrocarburos ymon6xidode carbono Las emisiones para los motores dieselse dan en la Tabla 25 e indican que en algunas categorias son mejores que los motores a gasolina ~

TABLA 24 Factores deemisioriparaautombvilessin c6ntrol ~

Tipo de Emisi6n kg por 1000 kg por 1000 km-vehculo galones de gasolina

Aldehfdos (HCHO) 01 2 Mon6xido decarbono 467 1150 Hidrocarburos (C) 35 100

Oxidos de Nitr6geno (N02 ) 24 55 Oxidos de Azufre (50 2 ) 02 5 Particulas 03 6


Tipo d~ Emisi6n kg parl 000 galones de combustible diesel

Aldehidos (HCHU) 5 Mon6xido de Carbono 30

Hidrocarburos 70 Oxidos de Nitrogeno (N02 ) 110 Oxidos de Azufre (502 ) 20 Partculas 55 bull

Hayfact6resde emision para muchas otras situacionesy paa procesosindusshytriales Estosfactores se puedenconsultar en ellibro dela EPA (1977) sobre compilaclonde Factores de Emision)~

65 NORMA5 DE CAUDAD DELAIRE

Basadose~ los efectos de contaminantes sobre la salud humana yen el tiempo de residencia de los contaminantes en elaire los gobiernosestablecenlas norshymas de calidad para el aire ambiental Estas nornias especifican los niveles maximos permisibles para cada tipode contaminarite por encima de estosni veles sepueden presentarefectos nocivos para la salud middotLas norll1ascolombiashy

bull nas sepresehtan en la Tabla 26 Las normas pdmariassehan dienado para

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Estas corresponden ados tipos principales de smog el industrial y elmiddotfotoshyqu fmico respectivamente Las caracterfsticas se resumen en la Tabla 27

TAB LA 27 Tipos basicos de smog

rCaracter isti ca gris cafe Industrial Fotoqu i mico

Ciudades Tfpicas

Clima

Contaminantes principales

Fuentes Importantes

Perfodos de problemas

Londres Chicago

Frio humedo

S02 particulas

In d u stria y casas combustion de petroleo y carbon

Invierno (manana)

Medellin Los Angeles

Templado seeD

0 3 PAN aldehfdos NO~ CO

Veh feu los de combustion a gasolina

Veranos (mediod fa)

Formacion del Smog Industrial

Se presenta en las ciudadesdonde se quema carb6n y petr61eo para calefacshyci6n manufactura y energfa ehktrica Estos combustibles desprenden dos tishypos de contaminantes partfculas (solidas 0 IIquidas en suspensi6n en el airel

middot que Ie dan a las ciudades el aspecto grisaceo y oxidos de azufre (50 2 y 504 )

Que son los principales ingredientes parael smog industrial

middot EI carbon y el petr6le~ contienen pequenas cantidades (05-5 por cientop~r peso) de azufre como impurezas Cuando sequema el combustible el azufre reacdona conmiddot el oxido para producir S02 Este gas sale de las chimeneas y entra a la atmosfera A los pocos dras se convierte en 50 3 que reacciona de inmediato con el agua del aire paraforinar gotas de acidosulfurico (H 2 S04 )

Esta neblina acida se come los metales y otros materiales y puede irritar y leshysionar los pulmones Tambien produce 10 que se conoce como lIuvia acida coshy

middot mun en el Nordeste de E EUU yen Escandinavia Esta precipitacionacida desshytruye parte de la vida acucWca cosechas y arboles y disuelve algunos nutrienshytes del suelo I ronicamente mejor control de las emisiones de partfcu las puede aumentar la Iluvia acida EI hollfn tiendea ser alcalino y por 10 tanto neutralishyza el acido sulfurico

Algunas de las gotas de H2 504 reaccionan con NH3 de laatmosfera para forshymar sulfato de amonio Gotas de H2 S04 y otros qumicos que se pueden

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114

inhalar se adhieren a estas partlculas de sulfato de amenia produciendo 10 que se considera la amenaza mas seria de la contaminacion de aire a la salud humana (Desastres de Londres 1952 1956 Donora Pensilvania 1948

New York 1965)

Formaci6n del Smog Fotoquimico

Ciudades de clima cafe como los Angeles Ciudad de Mexico Buenos Aires Medell in tienen climas calidos V secas V la fuente principa( de contamina cion del aire es el motor de combustion interna A temperaturas normales el nitrogeno (N2 V el ox fgeno (02) que forman la mayor parte de la atm6sshyfera no reaccionan entre sf pero a las temperaturas que se presentan dentro del motor de combustion interna reaccionan para producir el oxido n itrico NO que se descarga a la atmosfera Una vez aliI el oxido nitrico reacciona con el ox geno para formar di6xido de nitrogeno (N0 2 ) un gas cafe amarishyIlento con un olor pungentee irritante responsable por el color cafe del aire de las ciudades

Tipicamente eldioxido de nitrogeno permanece en la atmosfera por cerca de tres dras De la misma manera que el 502 se convierte en H2 S04 pequenas cantidades de N02 forman HN0 3 que se puede precipitar como lluvia acida EI acido n itrico de la atmosfera puede reaccionar con el amon faco para formiddot mar part feu las de nitrato de amonio que caen a la superficie terrestre 0 se lavan con las lIuvias

La mayor parte de los problemas de contaminacion del aire con los oxidos de nitrogeno se presentan cuando la radiacion ultravioleta del sol hace que reaccionen con los hidrocarburos gaseosos provenientes de gasolina derramada o parcial mente quemada Esta reaccion forma una mezcla compleja de contashyminantes nuevos que se Haman oxidantes fotoqu imicos Estos oxidantes forman con otros compuestos 10 que se llama smog fotoqu imico Esta mezshycia incluve ozono V un numero de compuestos similares al gas lacrimogeno que se conocen colectivamente como PAN (peroxi-acetilnitratos) Trazas de estos compuestos en el aire producen irritacion en los ojos V danos a las coseshychas

A pesar de que es conveniente distinguir entre el smog fotoqu imico V el inmiddot dustrial la mayor parte de las ciudades sufren de ambos tipos de contaminamiddot cion del aire

67 CLlMA TOPOGRAFIA Y CONTAM INACION DEL AIR E

La frecuencia V gravedad del smog industrial V fotoqu fmico en una area demiddot terminada depende del clima la topografia el trafico la densidad de la poshybladon V la industria La tabla 28 presenta un resumen de los efectos del clishyrna V la topograffa en la contaminacion del aire

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TABLA 28 Efectos del Clima V la Topografla en la Contaminacion del Aire

Caracterfstica Efecto

Precipitacion Limpia el aire

Humedad Disuelve muchos contaminantes

Brillo solar I nicia la formacion del smog fotoqu imico

Viento Disminuve contaminacion cerca de la fuenshyte pero la puede lIevar a otras regiones

Presion Atmosferica Presiones atmosfericas altas mantienen la contaminacion en una area

Montafias V Colinas Afecta dispersion de contaminantes por reshyduccion de vientos

Valles Atrapa los contaminantesmiddot

Un efecto climatico que intensifica mucho los efectos de los contaminarites d1 aire es la inversion termica EI aire caliente se enfrfa al ascender Vexpanshydlrse Pero bajo ciertas condiciones climaticas V topograficas el aire fresco V denso puede quedar atrapado debajo de una capa de aire caliente En efecto se conforma una tapa 0 cubierta termica sobre la region V los contaminantes se pueden acumular lentamente hasta niveles peligrosos V adn fatales La mashyvor parte de los desastres de contaminacion de aire se presentan debido a inversiones termicas prolongadas Los rayos solares no pueden penetrar a las capas inferiores para crear una capa de aire caliente que pueda ascender V ademas hay una gran produccion de contaminantes en el valle Generalmente las inversiones termicas duran unas pocas horas en la manana pero ocasioshynalmente sistemas de alta presion atmosferica permanecen sobre una ciudaeJ durante varios dias

68 EFECTOS DE LA CONTAIVlINACION DELAIRE

De una manera similar a la contaminacion de agua los efectos de la contamk nacion del aire se pueden clasificar en las siguientes categorias

Efectos Esteticos

Reduccion de la visibilidad ~ue noes solo antiestetico sino que es peligroso para el transporte por alre tierra V agua Las manchas V decoloracion de esmiddot tatuas textiles V edificios crean muchas veces reclamos por parte de la poblashycion Ciertos gases malolientes interfierEm con el disfrute de la vida V Ia proshypledad Entre estos gases se incluven iJcido sulfidrico aldehfdos fenoles polisulfuros V algunas olefinas

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TABLA 28 Efectos del Clima y la Topografla en la Contaminacion del Aire

Caracteristica Efecto

Precipitacion

Humedad

Brillo solar

Vienta

Presion Atmosterica

Montanas y Colin as

Valles

Limpia el aire

Disuelve much os contaminantes

Inicia la formacion del smog fotoqu(mico

Disminuye cantaminacion cerca de la fuenshyte perQ la puede Ilevar a otras regiones

Presiones atmosfericas altas mantienen la contaminacion en una area

Afecta dispersion de contaminantes por reshyduccion de vientos

Atrapa los contaminantes

Un efecto climatico que intensifica mucho los efectos de los contaminfmtes del aire es la inversion termica EI aire caliente se enfria al ascender y expanshydirse Pero bajo dertas condiciones climaticas y topogrMicas el aire fresco y dense puede quedar atrapado debajo de una capa de aire caliente En efecto se conforma una tapa 0 cubierta termica sobre la region y los contaminantes 5e pueden acumular lentamente hasta niveles peligrosos y aun fatales La rnamiddot yor parte de los desastres de contaminacion de aire se presentan debido a inversiones termicas prolongadas Los rayos solares no pueden penetrar a las capas inferiores para crear una capa de aire caliente que pueda ascender y ademas hay una gran produccion de contaminantes en el valle Generalmente lasinversianes termicas duran unas pocas haras (en la manana) pero ocasiomiddot nalmente sistemas de alta presion atmosferica permanecen sabre una ciudad durante varios dias

68 EFECTOS DE LA CONTAMINACION DEL AIRE

De una manera similar a la contaminacion de agua los efectos de la contamishynacion del aire se pueden clasificar en las siguientes categorias

Efectos Esteticos

Reduccion de la visibilidad que noes solo antiestetico sino qu~ es peligroso para el transporte par aire tierra y agua Las manchas y decaloracion de esshytatuas textiles y edificios crean muchas veces reclamas por parte de la poblashycion Ciertos gases malolientes interfierim con el disfrute de la vida yla proshypiedad Entre estos gases se incluyen aeido sulffdrico aldeh fdos fenoles polisulfuras y algunas olefinas

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116

Efaetos Econbmicos

Dano a la propiedad Corrosion de metales deterioracion acelerada de edifishycios y monumentos EI mayor dano a los materiales y a la propiedad 10 produshycen los oxidantes fotoqufmicos particulas y oxidos de azufre Elprincipal dana ocurre cuando los oxidos de azufre se convierten en gotas de acido sulfumiddot rico altamente destructivas Por ejemplo las estatuas de marmol y los materiamiddot les de construccion como caliza marmol granito y pizarras se decoloran y son atacadas por el acido sulfurico (y el ntrieo) Esto ha hecho que algunos de los monumentos histodcos mas bellos del mundo se hayan deteriorado mas durante los ultimos 40 anos que en los 2000 anos pasados TambiE~n se presenshytan manchas de hoflin y polvo debido a la contaminacion presente en el aire

EI acido sulfurico al dioxido de azufre los oxidos de nitrogeno el acido n fshytrieo y algunas partfculas aceleran grandemente la corrosion de metales esshypecialmente acero hierro y zinc EI acido sulfurico y el ozona atacan y deteshyrioran el caucho el cuero papel algunas fibras textiles (algodon rayon y nylon) y pintura

Efeetos sobre la Vida Vegetal y Animal

Manchas en las hojas y caida de las mismas disminucion en los rendimlentos de las cosechas en la tasa de fotosfntesis efectos nocivos en el sistema nervioshyso central y respiratorio de los ani males

lVluchas plantas son sensibles a concentraciones altas y bajas de S02 ozono y PAN Frutales vegetales citricos papas tomates arvejas marz lechugas son algunos ejemplos de plantas que sufren mucho con Is contaminaciol) del aire Ha habido casos de destruccion de grandes extensiones de bosques en areas muy amplias alrededor de plantas industriales muy contaminantes Uno de los contaminantes atmosfericos que mas afectan la vida animal es el fluor el cual causa deterioro de los dientes y de los huesos Tambien se sabe de enshyvenenamiento de ganado caballos y ovejas con plomo y arsenico

Efeetos en la Salud Humana

Deficiencia de ox fgeno en la sangre irritacion de los ojos irritacion y danos al sistema respiratorio cancer La contaminacion del aire coloca una gran amenaza y exige un gran esfuerzo del sistema respiratorio 10 cual aumenta la morbilidad y mortalidad

Oficialmente casi nadie muere por contaminacion del aire Son muy contados los desastres como el de Bhopal (I ndia) a fines de 1984 cuando mas de 2500 personas murieron directamente por una emanaci6n de gases t6xicos de una planta industrial lJormalmente los certificados de defuncion dicen bronquitis cronica enfisema cancer del estomago 0 ataque del corazon a pesar de que 18 contaminacion del aire haya sido el factor principal La correlacion entre la contaminacion de aire y la saludse dificulta par

~ns Fac Nal Minas Medellrn (Colombia) No 601985

- La cantidad y variedad de contaminantes

- La dificultad de detectar contaminantes nocivos a concentraciones extreshymadamente bajas

- La interacci6n sinergetica de los contaminantes

- La dificultad de aislar factores nocivos unicos cuando Is geme se expone a tantos qu fmicos daninos durante tanto tiempo

- La paca confiabilidad de los registros de enfermedad y muerte I

- Las causas multiples y los largos tiempos de incubacion de enfermedades tales como enfisema bronquitis cancer y deficiencias cardiacas

Problemas en la extrapoblacion de datos de laboratorio a los humanos

La contaminacion del aire sa ha relacionado directamente con sufrimientos y nuertes por enfrmedades del corazon enfermedades cronicas respiratorias y cancer del pulmon Todas estas enfermedades se acentuan grandemente con el habito de fumar de amplios sectores de la poblacion Tambien se sabe bull de dafios gemHicos producidos por la contaminacion del aire (radiacion pesticidas herbicidas y otras sustancias toxicas)

Disrupeion de Eeosistemas

La calima el polvo el humo y el holl in reducen la cantidad de energfa solar (luz ultravioleta) que alcanza la superficie terrestre Las emisiones de aerasoshyles de los aviones jet tambh~n interceptan algunos de los rayos solares y desshytruyen la capa de ozono Sin embargo la radiacion solar que alcanza la tieshyrra como energfa lum (nica se absorbe e irradia nuevamente a la atmosfera como energfa calorica (jnfrarroja) Pera el dioxido de carbono de la parte inferior de la atmosfera tiende a atrapar esta radiacion infrarroja produciendo U(l calentamiento de la atmosfera (efecto del invernadero) Por 10 tanto la reducci6n en la radiacion solar 0 efecto deenfriamiento de las part(culas en suspension es contrarrestado por el efecto de calentamiento del dioxido de carbono Todavfa no se sabe cual de estos dos efectos prevalecera

La contaminacion del aire natural 0 antropogenica afecta el clima de otras maneras EI polvo y otro material particulado del aire provee los nucleos alrededor de los cuales se realiza la condensacion formando las gotas deagua y jugando un papel importante en las distribuciones de las lIuvias

69 MEDICION DE LA CAUDAD DEL AIRE

La medicion de la calidad del aire se complica debido a la carencia del conoshycimiento de 10 que es aire limpio En la naturaleza no se encuentra aire puro



- La dificultad de detectar contaminantes nocivos a concentraciones extremiddot madamente bajas

- La interaccion sinergetica de los contaminantes

- La dificultad de aisJar factores nociV05 unicos cuando la gente se expone a - tant05 qUlmlcos daninos durante tanto tiempo _ __

La poca confiabilidad de los registros de enfermedad y muerte

- Las causas multiples y los largos tiempos de incubacion de enfermedades tales como enfisema bronquitis cancer y deficiencias card iacas

- Problemas en la extrapoblacion de datos de laboratorio a los humanos

La contaminacion del aire se ha relacionado directamente con sufrimientos y muertes por enfermedades del corazon enfermedades cronicas respiratorias y cancer del pulmon Todas estas enfermedades se acentuan grandemente conshy

-el habito de fumar de amplios sectores de la poblacion Tambien se sabe -dedafios geneticos producidos por la contaminacion del aire (radiacion pesticidas herbicidas y otras sustancias toxicas)

Disrupcion de Ecosistemas

La calima el polvo el humo y el holl in reducen la cantidad de energia solar Iuz ultravioletal que alcanza la superficie terrestre Las emisiones de aerososhy

Ies de los aviones jet tambien interceptan algunos de [os rayos solares y desshytruyen la capa de ozono Sin embargo la radiacion solar que alcanza la tieshyrra como energfa luminica se absorbe e irradia nuevamente a la atmosfera como energfa caloriea (infrarroja) Pero el dioxido de earbono de la parte inferior de la atmosfera tiende a atrapar esta radiaci6n infrarroja produciendo un calentamiento de la atmosfera (efeeto del invernadero) Por 10 tanto la

-reduccion enla radiacion solar 0 efecto deenfriamiento de las part (culas en suspension es contrarrestado por el efeeto de calentamiento del dioxido de carbono Todavfa no se sabe cual de estos dos efeetos prevaleeera

La contaminacion del aire natural 0 antropogenica afecta el clima de otras maneras EI polvo y otro material particulado del aire provee los nucleos alrededor de los cuales se realiza la condensacion formando las gotas de agua y jugando un papel importante en las distribuciones de las lIuvias


La ll1edicion de la cali dad del ai re se complica debido a la carencia del eonoshycimiento de 10 que es aire limpio En la naturaleza no se encuentra aire puro

Ans Fac Nal Minas Medellin Colombia No 601985 117

pues se encuentra polen niebla etc Las mediciones de la calidad del aire caen en una de las tres clases siguientes

691 Mediciones de las Emisiones

Esto se llama muestreo de chimenea cuando se analiza una fuente estacionamiddot ria Se perfora un agujero en la chimenea vmiddotse toman las muestras de material particufado V los gases para someterlos a ammsis Es una labor que requiere personal altamente calificado se si desea obtener resultados satisfactorios y muestras representativas pues se requiere que la muestra sea tomada isocinemiddot ticamente esto es la velocidad del aire en el muestreador debe ser igual a su velocidad en la chimenea EI muestreo de las fuentes moviles es mas dificil aun porque las emlsiones son muv variadas los focos son multiples V la fuente se mueve

692 Mediciones Meteorol6gicas

Estas mediciones se necesitan para estimar como V por que los contaminanmiddot tes viajan desde la fuente hasta el receptor Se mide la velocidad V direccion del viento con 10 cual se preparan las rasas de viento Una rosa de tiento es una representaciongrafica de las frecuencias que tienen los vientos soplando desde una direccion determinada Tambien se mide el perfil de temperatura de la atmosfera Normalmente la atmosfera se enfrfa 1deg C1 OOm V las desviashyciones de este gradiente dan una indicacion de una dispersion mejor 0 peor de los contaminantes del aire Cuando el gradiente de temperatura es menor de 1deg C100 m se tienen 10 que se denomina una inversion termica Las inversioshynes termicas dificultan la dispersion de contaminantes hacia arriba La distanshycia del piso ala capa de inversion termica se llama altura de mezcla cuando esta es corta los niveles de contaminacion son mas pronunciados

693 Calidad del Aire Ambiental

La mayor preocupacion debe ser por la calidad del aire ambiental Casitoda la evidencia de efectos sobre la salud se basa en estas medici ones La observashycion V medicion de la calidad del aire puede darla voz de alarma para impeshydir mavores efectos sobre la salud En terminos generales la calidad del aire se mide por medio de instrumentos que detectim particulas 0 gases

lVledici6n de Partfculas

Las mediciones de la deposicion de polvos son las mas sencillas para evaluar la calidad del aire EI polvo se recoge en unas vasijas parecidas a tazones 0 baldes EI periodo de muestreo para estos tazones de deposicion generalmenshyte es de 30 dras Los resultados se reportan como tonelada de polvo deposishytadakilometro cuadrado-3D dias Estas cifras suministran informacion del proshymedio general de la calidad de aire V tambien localizan las areas problemashyticas

118 Ans Fac Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985

EI Reflectometro es el metodo utilizado p~r la Red Panaire V el que se usa ge neralmente en Medel In EI aparato se diseiio para pasar entre 15 V 225 m2

de aire a traves delmiddotfiltroen las 24 haras que generalmente dura el muestreo (WHO 1976) Despues de tomada la muestra se mide lareflectancia en un reflectometroque ha sido calibrado para leerl00cuando usa un filtrolimpiomiddot En algunos ensavos realizados en Medellin se ha conclufdo que este metoda subestima considerablemente las concentraciones comparadas con el metoda del Hi-vol (Arenas 1984) gt

Ejemplo

Se ha tornado una muestrade partfculas p~r medio del reflectometro La lecshytura dio una reflectancia de 60 por ciento EI flujo total de aire fue de 20 m3

en 24 horas V el area del filtro es de 20cm 2 Para una reflectltincia del 60 p~r

ciento se tienenuna concentracion superficial (S) de 45ugcm2 (este valorse obtiene en unacUnia de calibracion quees diferente para cad a reflectometro)

La concentracion superficial se relacionacon laconcentracion ambiimtal par medio delasiguente ecuacion ~

j

45 x 20 - =----- -= 450u gm3

~ 2 jO

(Esta concerhraci6n ex cede la norma colombiana de 400 ugm3 en24 horas) bull bull I r I bull f ~ ~ bull

E~istelialgunos 6tros metodos paraeI muestreode material particul~do que nose detallaranSon estos losmuestreadoresde cinta de papel V los colee tofesierclal~s~ -

Medicion de los Gases

La co~centracion de gases se expresa como microgramos de gas p~r metro cushybico de volumen de muestra a presion V temperatura ncgtrmal Otro metodo dE gran acep~acion paraexpresar las conqentrlciiones de gases en el~ire es partespor millonpor-volumen (ppm) En estudiosde calidad deagua tamshyboen seutilizan ppmpero por peso mgl= ppm)

Es posible realizar la conversion de ppm a ugm3 si se conocela for~ulaqur- micasetiene 1 mol eun gasa t~mperatur ambilmt~ (25~GIy ~jtm~sfe~a de preSion este ocupara un volumende 245 htros Se tlenelo slgulente

Peso molecular x 1000245 = (pgm3) (ppm)

Ejemplo

~~frma colombiana pjjraS02 esdEL~~dug~S~lcJ~l esesta Qbrin~ el

120 Ans Fae Nat Minas Medellin (Colombia) No 601985

(32 + 16 + 16) x 1000245 100(ppm)

100 x 245 = 0038 ppm

64 X 1000

Los gases se pueden recolectar de la atmosfera va sea p~r adsorcion 0 absorshycion La adsorcion es un fenomeno superficial y general mente se utiliza carshybon activado como el adsorbente Casi siempre el carbon se cu bre can un qu (shymico que reeolecta el gas para amilisis posterior 0 sufre una reaccion quimica con cambio de color suministrando de esta manera una estimacion directa de la concentracion del gas

La absorcion disuelve 0 atrapapor algun otro medio quimico el gas en un Iishyqui do EI equipo mas usado es un burbujeador ya que los gases burbujean a traVElS de los Ifquidos recolectores

Algunos gases se pueden recolectar p~r simple disolucion en un I fquido y analizando este despues por medios qu imicos Por ejemplo S02 se disuelve facilmente en agua mientras que el nitrogeno y el CO2 son poco solubles No tiene sentido utilizar agua para capturar el nitrogeno y el CO2 por diso lucion

Muchos gases se recolectan por el burbujeo a traves de un qu fmico que reacshyciona con el gas P~r ejemplo el bu rbujeo de SO 2 a traves de peroxido de hidrogeno produce la siguiente reaccion

502 + H2 0 2 -+ H2 S04

quees muy fuerte rapida e irreversible Ademas el addu sulfurico no es vola- til y muy facil de medir (titulacion con una solucion basica conocida)

La mayor ia de los burbujeadores no son 100 eficientes En otras palabras el I iquido no absorbe todo el gas y alguno escapa Obviamente esto crea proshyblemas Va que general mente se necesita determinaciones cuantitativas La mashyVOrla de los burbujeadores se calibran para determinar sus eficiencias vestos valores se utilizan para corregir los resultados

Las tecnicas de absorcion tambien se utilizan para anal isis continuo EI gas que se evalua se mezcla con reactivos y automatica y continuamente pasaa traVElS de una seccion de medicion que generalmente es una determinacion fotometrica Casi todos los contaminantes del aire se pueden medir continuashymente Sin embargo estos sistemas sin excepcion son mas costosos que los burbujeadores

610 CONTROL DE LA CONTAMINACION DELAIRE

No es diflcil ver como el airese ha convertido en el cesto ubicuo para muchos desechos Por anos el hombre ha estado arrojando desechos al aire y estos

Ans Fae Nal Minas Medellin (Colombia) No 601985 121

(32 + 16 + 16) x 1000245 = 100(ppm)

100 x 245 ----- = 0038 ppm 64 x 1000

Los gases se pueden recofectar de fa atmosfera ya seamiddot por adsorcion 0 absorshycion La adsorcion es un fenomeno superficial y general mente se utiliza carbon activado como el adsorbente Casi siempre el carbon se cubre con un qu (shymico que recolecta el gas para amilisis posterior 0 sufre una reaccion qu fmica con cambio de color suministrando de esta manera una estimacion directa de la concentracion del gas

La absorcion disuelve 0 atrapa por algun otro medio qufmico el gas en un Ifshyquido El equipo mas usado es un burbujeador ya que los gases burbujean a traves de los IIquidos recolectores

Algunos gases se pueden recolectar por simple disolucion en un I fquido y analizando este despues por medios quimicosmiddot Por ejemplo S02 sedisuelve facilmente en agua mientras queel nitrogeno y el CO2 son poco solubles Notiene sentido utilizar agua para capturar el nitrogeno y el CO2 por disoshylucion

Muchos gases se recolectan por el bu rbujeo a traves de un qu im ico que reacshyciona con el gas Por ejempo el burbujeo de SO 2 a traves de peroxido de hidrogeno produce la siguiente reaccion

S02 + H2 O2 -lgt H2 S04

que es muy fuerte nipida e irreversible Ademas el acido sulfUrico no es volashytil y muy facil de medir (titulacion con una solucion oasica conocidaL

La mayoria de los burbujeadores no son 100 eficientes En otras palabras el I fquido no absorbe todo el gas y alguno escapa Obviamente esto crea proshyblemas ya que general mente se necesita determinaciones cuantitativas La rnashyvoda de los burbujeadores se calibran para determinar sus eficiencias vestos valores se utili zan para corregir los resultados

Las tecnicas de absorcion tambien se utilizan para analisis continuo EI gas que se evalua se mezcla con reactivos y automatica y cOf1tinuamente pasa a traves de una seccion de medicion que generalmente es una determinacion fotometrica Casi todos los contaminantes del aire se pueden medir continuashymente Sin embargo estos sistemas sin excepcion son mas costosos que los bu rbujeadores


No es diffcil ver como el aire se ha convertido en el cesto ubicuo para muchos desechos Por anos el hombre ha estado arrojando desechos al aire y estos

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contaminantes han desaparecido con el viento Por 10 tarto es ~na t~n sidon muy diHcil forzar repentinamente a la gente para que limite las emiSIOshynes yes casi imposible conseguir que paguen por ello

Se necesita reducir las emisiones de S02 y part leu las debido a sus efectos n~shyGivos para el smog industrial Son medidas costosas y a vece muy c0llphshycadas por la interrelacion con otros facto res tales como la cnsls energetlca Hay solo una ciudad que ha obtenido ur buen exito en la lucha contra la contaminacion del aire Londres Otras cludades han hecho grandes esfuershyzos pero no han obtenido los frutos deseados

6101 Correcci6n en la Fuente

Frecuentemimte la solucion mas facil paramiddot un problema de contaminacion del aire consiste en parar el proceso cu Ipable Un vez de que se ha tomado la decision de que el proceso es necesario el ingemero debe conslderar la poshysibilidad de controlar las emisiones p~r camblos en el proceso Por eJemp~o si los automoviles son los culpables de los alto~ niv~les de plomo en el alre de las ciudades la solucion mas razonable conslste slmplemente en ellmmar el plomo de la gasolina 5e ha corre~ido~a fuente y s~ ~a r~~uelto el probleshyma Ademas del cambio en la matena prima una modlflcaclon en el pr~ceso pu~de producir los resultados deseados Por ejemplo se sabe que los Inclme~~ dores municipales apestan por sus malos olores Estos se pueden c~mtro ar amiddot cilmente si los incineradores se operan a una temperatura 10 suflclentemente alta para oxidar completamente el material organico que prod~ce los olores Sajo el supuesto de que esta operaci6n a alta temperatura es poslble entonc~s es muy razonable cambiar el proceso para obtener el control deseado en a contaminacion de aire

Para el control de las emisiones de oxidos sulfurosos y partfculas se recomienmiddot dan una de las siguientes acciones

- Reducir el mal usa de la energfa

- Cambiarde combustibles fosiles a otras fuentes de energia tales como la nuclear solar viento hidnJulica 0 geotermica

- Uso de carbon gaseoso y Ifquido en vez del carbon solido

- Usar transporte masivo

- Cambiar a carros menos contaminantes

- Cambiar a combustibles fbsiles de mas bajo contenido de azufre 0 removermiddot do antes de la combustion

EI smog fotoqu (mico se reduce con el control de e~isiones de Is automovimiddot les y otras fuentes movilesSe recomiendan las sigulentes acclones en las fuentes

Ans Fee Nal Mines Medell(n IColombia No 60 1985

- Reducir utilizacion del automovil

- Desarrollo de sistemas de transporte masivo

- Desarrollo de motores menos contaminantes y mas eficientes elEktrico de turbina Rankine y Stirling

Uso de combustibles mas limpios para los motores de combustion interna gas natural baterfas hidrogeno I fquido

- Mejorar la eficiencia del combustible con buenos disefios y tamafios menoshyres

Modificar el motor de combustion interna buena carburaci6n inyecci6n de combustible y motores de cargaestratificada (Honda)

l

6102 Recolecci6n de Contaminantes

A menudo el problema mas serio en el control de la contaminacibn del aire es la recoleccion de los contaminantes para poder tratarlos Los carros son con- taminadores notorios pero solo porque las emisiones no se pueden recolecshytar Si se pudiera recoger todas las emisiones en una estaci6n central su tratashymiento serla mas razonable que el control para cada carro individual

Una de las soluciones al problema de gases contaminados consiste en recirshycularlos y quemarlos nuevamente Esto se ha utilizado en carros con motoshyres de combustion interna 10 que ha eliminado la necesidad de instalar aparashytos de tratamiento

Uno de los problemas mas serios para controlar la contaminacion del aire proviene de las emisiones fugitivas contaminantes a traves de las ventanas puertas techos y hendiduras de las paredes No siempre se resuelve el pro blema por la instalacion de un equipo de control sino que muchas veces se necesita extraer un flujo total de aire de la planta

6103 Sistemas de Tratamiento de Contaminantes

La seleccion del sistema de tratamiento requiere el acoplamiento entre las caracterfsticas del contaminante y las capacidades del aparato de controL Es importante tener en cuenta que los tamafios de los contaminantes de aire tienen un rango de muchos ordenes de magnitud y p~r 10 tanto no es razoshynable esperar que un aparato de control sirva para todos lostipos de contashyminantes Ademas las caracterfsticas de las emisiones determinaran el usc de algunos aparatos Por ejemplo el 503 se puede lavar con rociados de agua pero el acido sulfurico que se produce presenta serios problemas de corrosion

Aparatos nuevos aparecen todos los d fas en el mercado La siguiente es una lista de aquellos que mas se utilizan

Ans Fee Nal Minas Medellin (Colombia) No~ 601985 123

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- Desarrollo de motores menos contaminantes y mas eficientes ehktrico de turbina Rankine y Stirling

- Uso de combustibles mas Iimpios para los motores de combustion interna gas natural baterias hidr6geno I fquido


Modificar el motor de combustion interna buena carburacion inyeccion de combustible y motores de cargaestratificada (Honda)

6102 Recoleccion de Contaminantes

A menudo el problema mas serio en el control de la contaminacion del aire es la recoleccion de los contaminantes para poder tratarlos Los carros son conmiddot taminadores notorios pero solo porque las emisiones no se pueden recolecshytar Si se pudiera recoger todas las emisiones en una estacion central su tratashymiento seria mas razonable que el control para cada carro individual


Uno de los problemas mas serios para controlar la contaminacion del ai re proviene de las emisiones fugitivas contaminantes a traves de las ventanas puertas techos y hendiduras de las paredes No siempre se resuelve el promiddot blema por la instalacion de un equipo de control sino que muchas veces se necesita extraer un flujo total de aire de la planta


La seleccion del sistema de tratamiento requiere el acoplamiento entre las caracteristicas del contaminante y las capacidades del aparato de control Es importante tener en cuenta que los tamanos de los contaminantes del aire tienen un rango de muchos ordenes de magnitud y por 10 tanto no es razoshynable esperar que un aparato de control sirva para todos lostipos de contamiddot minantes Ademas las caracterfsticas de las emisiones determinarfm el uso de algunos aparatos Por ejempfo el S03 se puede lavar con rociados de agua pero el acido sulfurico que se produce presenta serios problemas de corrosion

Aparatos nuevos aparecen todos los d fas en el mercado Lamiddot siguiente es una ista de aquellos que mas se utilizan

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Adsorcion Es el uso de material tal como carbon activado para capturar conshytaminantes Tales adsorbentes puedenser muy costosos de regenerar (0 imposible) La mayor parte delos adsorsores trabajan bien con sustancias orgashynicas pero tienen uso limitado para contaminantes inorganicos

Incineracion Es el metodo de remover contaminantes por medio de su comshybustion a CO2 H2 0 e inertes Obviamente este sistema solo trabaja con gashyses combustibles

Combustion Catalitica Involucra el uso de un catal tico para absorber 0 camshybiarquimicamente los contaminantes Los cataHticos son muy susceptibles de deterioro por quimicos tates como el plomo

Es importante enfatizar de nuevo la dependencia de la eficiencia del sistema de tratamiento con el tamano de la particula La Figura 32 muestra los rangos aproximados de adaptabildad para los diversos mtltodos discutidos anterior~ mente

lncineradar I I --shy Comor~de Asentomiento

Lavador de Gases

I-----shy

A dsorso res Ciclones -shyI

Lavadores de Portl cu 10 s

-shy -shy -middot-1-shy I I Filtros de Tolegos

I I I Precipitodor Electrostotico

--shy -1shy000001 0000 I 000 I 001 t1 1 10 100 1000 10000

Didmetro de Contominante (en micros)

FIGURA 32 Seleccion del Equipo de Control segun el Tomono de 10

Pedicule

6104 Control de Fuentes M6viles

Aunque muchas de las tecnicas de control vistas antes se pueden aplicar a las fuentes en movimiento una fuente especial - el automovil - requiere de


126

] JiZ

atencion especial EI automovil tiene muchas fuentes potenciales de contamimiddot nacion La mayor parte de las emisiones del automovil proviene del escape ya que las otras fuentes se han minimizado con nuevos disenos de los carros

Las emisiones de los automoviles se miden en condiciones simuladas de ignishycion aceleracion y crucero Se utiliza un dinamometro para simular las carshygas en las IIantas en las diferentes condiciones

Las tecnicas de control para el motor de combustion interna incluye calishybracion reactores catalfticos y modificaciones en el motor Una buena cashylibracion tiene un efecto significativo en las emisiones de contaminantes Por ejemplo una relacion alta airecombustible (mezcla debil) reducira a la vez el CO y los HC pero aumentara los NOx Sin embargo un carro bien calibrado es el primer paso para controlar las emisiones

La segunda estrategia de control no existente en Colombia pero utilizada ampliamente en los Estados Unidos es el reactor catal itieo que ox ida el CO y el HC a CO2 y H2 O Un segundo reactor reduce el NOx a N2 EI catal ishytico mas popular es el platino que tiene que ser regenerado periodicamente

Los reactores catal iticos tienen dos grandes problemas Primero el plomo afecta fkilmente y la gasolina comun contiene altos niveles de este EI segunshydo problema es que los compuestos de azufre se oxidan para formar S03 y de esta manera se aumentan los niveles de azufre en los ambientes urbanos Es poco probable que los convertidores catal iticos sean equipo estandar para los carros del futuro

La solucion obvia y la tercera tecnica de control es la modificaci6n del moshytor EI motor de carga estratificada por ejemplo ha cumplido con estandares rigurosos son tener que uti lizar convertidores catal ticos En estos motores los cilindros tienen dos compartimientos con un comportamiento para una mezshycia rica de ignicion y despues de un llama amplia para una eficiente combusshytion en el comportamiento principal del cilindro Hay algunas otras modifimiddot caciones bajo investigacion

Aun con grandes inversiones en investigacion e ingenierfa es dificil hacer un motor de combustion interna totalmente limpio Gran parte de la investigashycion y el esfuerzo se dirigen al desarrollo de alternativas que puedan cumplir con los requerimientos de contaminacion del aire EI motor Wankel tiene un futuro promisorio 10 mismo que los carros electricos

Los motores diesel de los buses y camiones son una fuente importante de canshytaminacion Los problemas principales de estos motores son el humo y los olores Estas dos caracterfsticas son los que producen un mayor rechazo del publico aunque se piensa que no son tan nocivas como las emisiones de los carros a gasolina

Ans Fac Nal Minas Medellfn (Colombia) No 60 1985

REF ER ENCIAS BIBLIOGRAF ICAS

ARENAS G Evaluaci6n de la caUdad de Aire en Medellrn Revista AINSA I 4 N 71984 vo 0 bullbull

BUTCHER S y CHARLSON RJ An introduction to Air Chemistry Academic Press New York 1972 241 p

EPA Compilation of Air Pollutant Emission Factors US EPA AP-42 R h T Park NC 27711 1977 esearc nangle

MILLER G T L bull bullbull IVlng In the EnVironment 2da edici6n Wadsworth Publishing C B I

mont CA 1979659 p 0 e-

ORGANIzA~ION M~rdial de fa Sa Iud Riegos del Ambiente Humano para la Salud PubhcactOn Clentlflca No 329 de la OMS Washington DC 1976359 p

SALVATO JA bull Environment Engineering and Sanitation 2da ed W New York 1972919 p J eY-Intersclence

REA Modern Pollution Control Technology vol I Research and Educaf A New York NY 100171978 Ion SSOclatlon

VESI LI NO P Aarne Environmental Pollution and control Ann A b Smiddot A Arbor 1975232 p r or Clence nn

WARK K y WARNER CF Air POllution its Origin and Control Harper and Row N York 1976519 p ew

WH~middot9~e~e~ p~ethods of Measuring Air Pollutants World Health Organization Genova

Ans Fac Nat Minas Medelln (Colombia) No 601985 127

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

ARENAS G Evaluaci6n de la caUdad de Aire en MedelHn Revista AI NSA vol 4 No7 1984

BUTCHER S y CHARLSON RJ An introduction to Air Chemistry Academic Press New York bull 1972241 p

EPA Compilation of Air Pollutant Emission Factors US EPA APmiddot42 Research Triangle Park NC 27711 1977

MILLER GT Living in the Environment 2da edici6n Wadsworth Publishing Co Belmiddot mont CA 1979659 p

ORGANIZACION Mundial de la Salud Riesgos del Ambiente Humano para la Salud bull Publicaci6n Cient(fica No 329 de la OMS Washington DC 1976359 p

SALVATO JA Environment Engineering and Sanitation 2da ed Wileymiddotinterscience New York 1972919 p

REA Modern Pollution Control Technology vol I Research and Education Association New York NY 10017 1978

VESI LI NO P Aarne Environmental Pollution and control Ann Arbor Science Ann Arbor 1975232 p

WARK K y WARNER CF Air Pollution its Origin and Control Harper and Row New York 1976519 p

WHO Selected Methods of Measuring Air POllutants World Health Organization Genova 1976 112 p

Ans Fac Nal Minas Medell(n (Colombial No 601985 127

1000~~T---~-------------~------~----~-----~~

EXOSFERA j 700

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500 IOO OPO39()Q 4bbO Temperatura (0 K )

Ans Fae Nal Mna~ Medel in (Colombia) No 60 1985

centrad ones indeseables de contaminantes Para un determinado patron de vientos la turbulenda sera mayor sobre colinas empinadas oedificios altos que en un terreno plano La condidon meteorologica de inversion de tempeshyratura en la que una capa de aire relativamente caliente se superponea una capa frfa origina turbulencia mInima y una pronunciaaa estabilidad atmosfeshyrica Las inversiones pueden afectar a una region bastante extensa y cuando persisten durante varias horas 0 inc1uso dias tienden a elevar las concentrashydones de contaminantes debido a la falta de turbulencia

63 CONTAMINANTESATMOSFERICOS

La contaminacion del aire es la presencia de solidos IIquidos 0 gases en conshycentraciones nodvas para las personas los animates la vegetacion 0 los mateshyriates 0 que interfiere con la comodidad del goce de la vida Existen dos tishypas principales de contaminantes del aire primarios y secundarios Un contashyminante primario es una sustancia que se agrega directamente al aire y sa preshysenta en una concentradon nociva puede ser un componente natural del aire que sobrepasa la concentracion normal como el dioxido de carbono 0 puede ser algo que no se encuentra normal mente en el aire como los componentes de plomo Un contaminante secundario es una sustancia qu mica nociva que se forma en la atmosfera a traves de una reaccion qu mica entre los composhynentes del aire Los problemas serios 0 agudos de contaminacion del aire se presentan general mente sobre una ciudad u otra area que emita niveles altos de contaminantes durante un perfodo de calma del aire

Todos los contaminantes del aire se pueden inc1uir en una de las siguientes categorlas


- Oxidos de azufre S02 S03

- Oxidos de Nitrogeno N2 0 NO N02

- Hidrocarburos (Compuestos orgiinicos que contienen carbonoe hidrogeno) metano (CH4 ) butane (C4 Hi 0) benceno (C6 H6 )

_ Oxidantes fotoqu (micos Ozono (0 3 ) PAN (un grupo de peroxyacetilnitrashytos) y varios aldeh (dos

- Partculas (partlculas solidas 0 gotas ifquidas suspendidas en airel humo polvo hollin asbestos partlculas metalicas (berilio plomo cadshymio) aceites sales y su Ifatos

- Otros compuestos inorganicos asbestos acido ffuorhldrico (HF) acido sulfidrico (H 2 S) amon(aco (NH 3 ) acido sulfurico (H 2 S04 acido nitrico (HN03 )






















Polvos


Humos Metalicos


Neblina


S03 (gas) __2_20_C_



Humo


Roc(os






Plantas termicas




Humo


Rocios






Plantas termicas









129 97 86

131 557

3 4 5 2 1

346 279 186 177

12

1 2 3 4 5

Total 1000 1000

Por fuente


Total 1000 1000


AutomOviles










55 5





























Ciudades Tfpicas

Clima


Fuentes Importantes


Londres Chicago

Frio humedo

S02 particulas


Invierno (manana)


Templado seeD



Veranos (mediod fa)










114


New York 1965)





















Efectos Esteticos





Precipitacion

Humedad

Brillo solar

Vienta

Presion Atmosterica

Montanas y Colin as

Valles

Limpia el aire










Efectos Esteticos



116

Efaetos Econbmicos





















































Ejemplo





j

45 x 20 - =----- -= 450u gm3

~ 2 jO







Ejemplo



(32 + 16 + 16) x 1000245 100(ppm)

100 x 245 = 0038 ppm

64 X 1000





502 + H2 0 2 -+ H2 S04







(32 + 16 + 16) x 1000245 = 100(ppm)

100 x 245 ----- = 0038 ppm 64 x 1000





S02 + H2 O2 -lgt H2 S04







122




















l









r




















Lavador de Gases

I-----shy





--shy -1shy000001 0000 I 000 I 001 t1 1 10 100 1000 10000



Pedicule




126

] JiZ















mont CA 1979659 p 0 e-








































Polvos


Humos Metalicos


Neblina


S03 (gas) __2_20_C_



Humo


Roc(os






Plantas termicas




Humo


Rocios






Plantas termicas









129 97 86

131 557

3 4 5 2 1

346 279 186 177

12

1 2 3 4 5

Total 1000 1000

Por fuente


Total 1000 1000


AutomOviles










55 5





























Ciudades Tfpicas

Clima


Fuentes Importantes


Londres Chicago

Frio humedo

S02 particulas


Invierno (manana)


Templado seeD



Veranos (mediod fa)










114


New York 1965)





















Efectos Esteticos





Precipitacion

Humedad

Brillo solar

Vienta

Presion Atmosterica

Montanas y Colin as

Valles

Limpia el aire










Efectos Esteticos



116

Efaetos Econbmicos





















































Ejemplo





j

45 x 20 - =----- -= 450u gm3

~ 2 jO







Ejemplo



(32 + 16 + 16) x 1000245 100(ppm)

100 x 245 = 0038 ppm

64 X 1000





502 + H2 0 2 -+ H2 S04







(32 + 16 + 16) x 1000245 = 100(ppm)

100 x 245 ----- = 0038 ppm 64 x 1000





S02 + H2 O2 -lgt H2 S04







122




















l









r




















Lavador de Gases

I-----shy





--shy -1shy000001 0000 I 000 I 001 t1 1 10 100 1000 10000



Pedicule




126

] JiZ















mont CA 1979659 p 0 e-





















Humo


Rocios






Plantas termicas









129 97 86

131 557

3 4 5 2 1

346 279 186 177

12

1 2 3 4 5

Total 1000 1000

Por fuente


Total 1000 1000


AutomOviles










55 5





























Ciudades Tfpicas

Clima


Fuentes Importantes


Londres Chicago

Frio humedo

S02 particulas


Invierno (manana)


Templado seeD



Veranos (mediod fa)










114


New York 1965)





















Efectos Esteticos





Precipitacion

Humedad

Brillo solar

Vienta

Presion Atmosterica

Montanas y Colin as

Valles

Limpia el aire










Efectos Esteticos



116

Efaetos Econbmicos





















































Ejemplo





j

45 x 20 - =----- -= 450u gm3

~ 2 jO







Ejemplo



(32 + 16 + 16) x 1000245 100(ppm)

100 x 245 = 0038 ppm

64 X 1000





502 + H2 0 2 -+ H2 S04







(32 + 16 + 16) x 1000245 = 100(ppm)

100 x 245 ----- = 0038 ppm 64 x 1000





S02 + H2 O2 -lgt H2 S04







122




















l









r




















Lavador de Gases

I-----shy





--shy -1shy000001 0000 I 000 I 001 t1 1 10 100 1000 10000



Pedicule




126

] JiZ















mont CA 1979659 p 0 e-


























129 97 86

131 557

3 4 5 2 1

346 279 186 177

12

1 2 3 4 5

Total 1000 1000

Por fuente


Total 1000 1000


AutomOviles










55 5





























Ciudades Tfpicas

Clima


Fuentes Importantes


Londres Chicago

Frio humedo

S02 particulas


Invierno (manana)


Templado seeD



Veranos (mediod fa)










114


New York 1965)





















Efectos Esteticos





Precipitacion

Humedad

Brillo solar

Vienta

Presion Atmosterica

Montanas y Colin as

Valles

Limpia el aire










Efectos Esteticos



116

Efaetos Econbmicos





















































Ejemplo





j

45 x 20 - =----- -= 450u gm3

~ 2 jO







Ejemplo



(32 + 16 + 16) x 1000245 100(ppm)

100 x 245 = 0038 ppm

64 X 1000





502 + H2 0 2 -+ H2 S04







(32 + 16 + 16) x 1000245 = 100(ppm)

100 x 245 ----- = 0038 ppm 64 x 1000





S02 + H2 O2 -lgt H2 S04







122




















l









r




















Lavador de Gases

I-----shy





--shy -1shy000001 0000 I 000 I 001 t1 1 10 100 1000 10000



Pedicule




126

] JiZ















mont CA 1979659 p 0 e-






































Ciudades Tfpicas

Clima


Fuentes Importantes


Londres Chicago

Frio humedo

S02 particulas


Invierno (manana)


Templado seeD



Veranos (mediod fa)










114


New York 1965)





















Efectos Esteticos





Precipitacion

Humedad

Brillo solar

Vienta

Presion Atmosterica

Montanas y Colin as

Valles

Limpia el aire










Efectos Esteticos



116

Efaetos Econbmicos





















































Ejemplo





j

45 x 20 - =----- -= 450u gm3

~ 2 jO







Ejemplo



(32 + 16 + 16) x 1000245 100(ppm)

100 x 245 = 0038 ppm

64 X 1000





502 + H2 0 2 -+ H2 S04







(32 + 16 + 16) x 1000245 = 100(ppm)

100 x 245 ----- = 0038 ppm 64 x 1000





S02 + H2 O2 -lgt H2 S04







122




















l









r




















Lavador de Gases

I-----shy





--shy -1shy000001 0000 I 000 I 001 t1 1 10 100 1000 10000



Pedicule




126

] JiZ















mont CA 1979659 p 0 e-




















114


New York 1965)





















Efectos Esteticos





Precipitacion

Humedad

Brillo solar

Vienta

Presion Atmosterica

Montanas y Colin as

Valles

Limpia el aire










Efectos Esteticos



116

Efaetos Econbmicos





















































Ejemplo





j

45 x 20 - =----- -= 450u gm3

~ 2 jO







Ejemplo



(32 + 16 + 16) x 1000245 100(ppm)

100 x 245 = 0038 ppm

64 X 1000





502 + H2 0 2 -+ H2 S04







(32 + 16 + 16) x 1000245 = 100(ppm)

100 x 245 ----- = 0038 ppm 64 x 1000





S02 + H2 O2 -lgt H2 S04







122




















l









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Lavador de Gases

I-----shy





--shy -1shy000001 0000 I 000 I 001 t1 1 10 100 1000 10000



Pedicule




126

] JiZ















mont CA 1979659 p 0 e-






















Precipitacion

Humedad

Brillo solar

Vienta

Presion Atmosterica

Montanas y Colin as

Valles

Limpia el aire










Efectos Esteticos



116

Efaetos Econbmicos





















































Ejemplo





j

45 x 20 - =----- -= 450u gm3

~ 2 jO







Ejemplo



(32 + 16 + 16) x 1000245 100(ppm)

100 x 245 = 0038 ppm

64 X 1000





502 + H2 0 2 -+ H2 S04







(32 + 16 + 16) x 1000245 = 100(ppm)

100 x 245 ----- = 0038 ppm 64 x 1000





S02 + H2 O2 -lgt H2 S04







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l









r




















Lavador de Gases

I-----shy





--shy -1shy000001 0000 I 000 I 001 t1 1 10 100 1000 10000



Pedicule




126

] JiZ















mont CA 1979659 p 0 e-




















116

Efaetos Econbmicos





















































Ejemplo





j

45 x 20 - =----- -= 450u gm3

~ 2 jO







Ejemplo



(32 + 16 + 16) x 1000245 100(ppm)

100 x 245 = 0038 ppm

64 X 1000





502 + H2 0 2 -+ H2 S04







(32 + 16 + 16) x 1000245 = 100(ppm)

100 x 245 ----- = 0038 ppm 64 x 1000





S02 + H2 O2 -lgt H2 S04







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Lavador de Gases

I-----shy





--shy -1shy000001 0000 I 000 I 001 t1 1 10 100 1000 10000



Pedicule




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mont CA 1979659 p 0 e-

















































Ejemplo





j

45 x 20 - =----- -= 450u gm3

~ 2 jO







Ejemplo



(32 + 16 + 16) x 1000245 100(ppm)

100 x 245 = 0038 ppm

64 X 1000





502 + H2 0 2 -+ H2 S04







(32 + 16 + 16) x 1000245 = 100(ppm)

100 x 245 ----- = 0038 ppm 64 x 1000





S02 + H2 O2 -lgt H2 S04







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Lavador de Gases

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Pedicule




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mont CA 1979659 p 0 e-




















(32 + 16 + 16) x 1000245 = 100(ppm)

100 x 245 ----- = 0038 ppm 64 x 1000





S02 + H2 O2 -lgt H2 S04







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Lavador de Gases

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Pedicule




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Lavador de Gases

I-----shy





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Pedicule




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Lavador de Gases

I-----shy





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Pedicule




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] JiZ















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Lavador de Gases

I-----shy





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Pedicule




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] JiZ















mont CA 1979659 p 0 e-




















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6. CONTAMINACION DEL AIRE...6. CONTAMINACION DEL AIRE 6.1 INTRODUCCION EJ hombre adulto en promedio...

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