9. CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

Tecnología del medio ambiente

Unidad II

Tema9: Contaminación atmosférica. Página 1

9. CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA......................................................... 2

9.1 La atmósfera.......................................................................................................................... 2 9.1.1 Tiempo y clima ....................................................................................................................... 2 9.1.2 Definición y caracterización de la atmósfera .......................................................................... 2 9.1.3 Extremos relativos de tª en la atmósfera ................................................................................. 4 9.1.4 Estructura de la atmósfera....................................................................................................... 4 9.1.5 Estructura de la atmósfera en cuanto a su composición química ............................................ 5 9.1.6 La energía radiante en la atmósfera: emisión, absorción y reflexión ...................................... 5

9.1.6.1 Emisión.......................................................................................................................... 5 9.1.6.2 Absorción ...................................................................................................................... 6 9.1.6.3 Reflexión ....................................................................................................................... 7

9.1.7 El viento .................................................................................................................................. 7 9.1.7.1 Definición y caracterización.......................................................................................... 7 9.1.7.2 Principales fuerzas que originan el viento ..................................................................... 8 9.1.7.3 Clasificación de vientos................................................................................................. 9

9.2 Nociones de contaminación atmosférica ........................................................................... 11 9.2.1 Definiciones y generalidades ................................................................................................ 11 9.2.2 Descripción de los grupos de contaminantes primarios más importantes ............................. 11

9.2.2.1 Compuestos del azufre ................................................................................................ 11 9.2.2.2 Oxidos de nitrógeno .................................................................................................... 12 9.2.2.3 Óxidos de carbono....................................................................................................... 12 9.2.2.4 Partículas en suspensión o aerosoles ........................................................................... 13 9.2.2.5 Hidrocarburos.............................................................................................................. 14 9.2.2.6 Halocarburos ............................................................................................................... 15 9.2.2.7 Sustancias químicas tóxicas......................................................................................... 15 9.2.2.8 Metales ........................................................................................................................ 16 9.2.2.9 Olores .......................................................................................................................... 17

9.2.3 Contaminantes secundarios................................................................................................... 18 9.2.3.1 Contaminación fotoquímica ........................................................................................ 18 9.2.3.2 Pérdida de espesor de la capa de ozono....................................................................... 19 9.2.3.3 Acidificación del medio............................................................................................... 20 9.2.3.4 Efecto invernadero....................................................................................................... 21

9.3 Dispersión de contaminantes.............................................................................................. 22 9.3.1 Origen y destino de los contaminantes.................................................................................. 22 9.3.2 Difusión y transporte............................................................................................................. 22

9.3.2.1 Factores que influyen en los procesos de difusión y transporte .................................. 22 9.3.2.2 Modelos de difusión .................................................................................................... 23

9.3.3 Transformaciones químicas .................................................................................................. 26 9.3.4 Deposición ............................................................................................................................ 26

9. CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

9.1 LA ATMÓSFERA

Tiempo y clima Definición y caracterización de la atmósfera Extremos relativos de temperatura en la atmósfera Estructura de la atmósfera

9.1.1 TIEMPO Y CLIMA

Def.: La climatología es la descripción y explicación de los caracteres físicos del clima.

A la hora de definir el clima se han elegido dos definiciones interesantes:

(Introducción a la climatología, P. Pagney, pag. 9-12)

1ª Clima: conjunto de fenómenos que caracterizan el estado medio de la atmósfera en un punto de la superficie terrestre.

2ª Clima: serie de los estados de la atmósfera sobre un lugar en su sucesión habitual.

Si bien ambas definiciones se refieren al estado de la atmósfera, hay una diferencia fundamental entre ellas:

La primera introduce la noción de estado medio de la atmósfera, refiriéndose a los pro-medios relativos a temperaturas, precipitaciones, insolación, nubosidad, con lo que rea-liza una caracterización analítica o separativa de las componentes del clima. Se hablará así de un clima cálido o frío, seco o lluvioso, etc. a partir de unos datos medios que pueden no darse nunca, en la realidad. En tiempos recientes la capacidad de descripción del clima a través de valores medio (Climatología analítica) ha mejorado mucho al in-troducirse otras variables que hacen referencia a la distribución de los fenómenos: días de lluvia, temperaturas superiores a un cierto umbral (varios umbrales).

La segunda definición se refiere a los estados sucesivos de la atmósfera, que son lo que popularmente se conoce como EL TIEMPO. El tiempo se refleja en mapas sinópticos que son la representación de situaciones atmosféricas verdaderas, más o menos típicas de una zona. El estudio de una larga serie sinóptica nos puede llevar al conocimiento descriptivo y explicativo del clima de una región. Es lo que se denomina la Climatolo-gía sintética o dinámica.

Ambas formas de enfocar el estudio del clima , la analítica y la sintética, son comple-mentarias entre sí, ya que la primera puede plantearnos el hecho estadístico de que "llueve mucho", mientras que la segunda nos presentará las situaciones atmosféricas que explican "porque llueve mucho"

9.1.2 DEFINICIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LA ATMÓSFERA

Def: Se denomina Atmósfera a la capa gaseosa no uniforme que rodea al planeta Tierra.


Unidad II


La heterogeneidad (no uniformidad) de la atmósfera se manifiesta en el aspecto cualita-tivo y cuantitativo:

CUANTITATIVO: debido al peso y compresibilidad de los gases, la mayor parte de la atmósfera se encuentra concentrada en las proximidades de la corteza terrestre, por lo que, aunque hayan sido detectados gases atmosféricos a 1.000 km. de la superficie te-rrestre, por encima de los 60 km, no resta ni una milésima de la masa total atmosférica.

La distribución aproximada puede verse en el gráfico adjunto:

CUALITATIVOS: Los gases cuya mezcla forma el aire varían según la altitud sobre la superficie terrestre; así los gases más pesados, como N2 y O2 se encuentran en la zona inferior de la atmósfera en mayor concentración, mientras que la proporción relativa de gases ligeros como H2 o He, aumenta en las capas altas de la atmósfera. La composición media (DE AIRE SECO) de los 10 Km. inferiores de la atmósfera (troposfera) es la si-guiente:

GASES PRINCIPALES TRAZAS N2 78% H2 CO

O2 20,99% Ne SO2 Ar 0,94% He NO2

CO2 0,03% O3 NO

Grafico de masa total acumulada de la atmósfera en progresión altitudinal

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 10 20 30 40 50 60 70

Altitud (m)

MAS

A AT

M (S

OBR

E EL

TO

TAL)

Grafico de masa total acumulada de la atmósfera en progresión altitudinal

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 10 20 30 40 50 60 70

Altitud (m)

MAS

A AT

M (S

OBR

E EL

TO

TAL)

La cantidad de CO2 varía según los puntos de la superficie terrestre, pero lo que más varía es el contenido en vapor de agua, que suele estar entre 1 y 30 gr. de H2O /m3 de aire, y en casos desbordar ambos límites.

Tanto el CO2 como el vapor de agua son fundamentales para la existencia de vida en la Tierra.

9.1.3 EXTREMOS RELATIVOS DE Tª EN LA ATMÓSFERA

(Introducción a la climatología, P. Pagney, pag 17-18). La temperatura del aire seco disminuye aproximadamente UN grado cada 100 mts según se asciende en los primeros km. de atm. Si el aire está saturado de humedad la disminuución ascendente de Tª es 0,5º/100mts. En general suele tomarse un gradiente térmico intermedio que Gandullo (1994) establece en 0,65º/100mts. Estos gradientes se mantienen pueden variar en las capas bajas, cercanas a la corteza terrestre (2 a 3 km. en general), en las que las tempe-raturas se ven condicionadas por la distribución de océanos y zonas terrestres, y la alti-tud estas últimas.

En latitudes templadas (30 a 60º) el gradiente altitudinal se mantiene unos 10-12 km. de altitud, alcanzándose ahí temperaturas cercanas a los -50ºC.

La secuencia térmica altitudinal de la atmósfera sería la siguiente: ALTITUD(km.) INTERVALO DE Tª (ºC) Denominación capa

0 a 10 +12 a -50 Troposfera 10 a 30 -50 (ligeros aumentos al ascender) Estratosfera 30 a 55 -40 a +30 Estratosfera 55 a 80 +30 a - 90 Mesosfera

>80 de –90 en aumento, aunque la escasez de aire hace que se pierda el concepto de Tª

Termosfera

Estas variaciones tan claras en la temperatura son la base principal de la división en capas de la atmósfera como se ve en el siguiente punto.

9.1.4 ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA

En función de que puedan considerarse capas con gradientes térmicos continuos, o se presenten discontinuidades, se distinguen y caracterizan las siguientes capas.

La Troposfera es la capa atmosférica en la que se desarrolla la vida, contiene casi todo el vapor de agua y CO2 , con lo que es la capa que evita las perdidas de calor de la su-perficie terrestre. Además en ella (y en la tropopausa) se originan la mayoría de los fe-nómenos con repercusión en la meteorología de la superficie terrestre. Su composición cualitativa es bastante homogénea debido a la presencia de corrientes ascenden-tes-descendentes que mezclan bien todos los gases.

La zona superior de la troposfera (de 5 a 10 km. aprox) y la tropopausa (capa límite) constituyen la llamada TRAMPA FRÍA, denominada así porque condensa la mayor parte del vapor de agua que asciende por la atmósfera, evitando que este H2O alcance capas superiores en las que el agua puede ser descompuesto por fotodisociación, esca-


Unidad II


pando el H2 fuera de la atmósfera, y produciéndose una pérdida neta de agua (El Clima, Kasting, pag.16)

En la tropopausa se originan las corrientes de chorro (JETS) de gran importancia para la circulación atmosférica.

En la parte superior de la estratosfera se encuentra (entre los 35 y 55 km) la capa de ozono, que filtra la mayor parte de los rayos UV. La energía que produce la absorción de estos rayos es la que provoca el calentamiento de esta capa.

En la mesosfera se alcanzan las Tª más bajas de la atmósfera (-90ºC) y abundan las for-mas disociadas, monoatómicas de los gases del aire (sobre todo N, O, y H), debido a la fotodisociación que provocan los UV. La termosfera suele dividirse en más capas atendiendo a otros criterios no térmicos (Exosfera, termosfera, ionosfera, 1ªcapa de Van Allen y 2ª capa de Van Allen). Su inte-rés para la física es grande

9.1.5 ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA EN CUANTO A SU COMPOSICIÓN QUÍMICA

La composición química de la atmósfera se mantiene estable hasta una altitud de unos 100 km; aunque lógicamente la concentración de partículas decrece, se mantienen las proporciones de O2 y N2, por lo que se denomina a esta zona HOMOSFERA.

Entre 100 y 1000 km de altitud predominan los gases ligeros H2, He, N2 en la zona que se denomina HETEROSFERA.

Por último a partir de los 1000 km existen trazas de moléculas ligeras que escapan del campo gravitatorio terrestre y constituyen la exosfera.

9.1.6 LA ENERGÍA RADIANTE EN LA ATMÓSFERA: EMISIÓN, ABSOR-CIÓN Y REFLEXIÓN

9.1.6.1 Emisión

(Gandullo, 1994, pag. 18) A la hora de comprender la dinámica de la atmósfera, es ne-cesario conocer cual es la fuente de energía que origina los cambios generales en la si-tuación general de la atmósfera. Esta energía procede del Sol, que es una estrella viva (incandescente), con una temperatura en su corona exterior de unos 6.000ºK, y emite su energía en forma de radiaciones electromagnéticas que, a diferencia de otras formas de transmisión del calor (convección, conducción) son capaces de atravesar el espacio (se transmiten en el vacío). Estas radiaciones solares tienen longitudes de onda comprendidas entre 0,17 y 5,3 mi-crómetros, que corresponden a los rayos ultravioleta (UV, de 0,17 a 0,4 micras), el es-pectro visible (0,4 a 0,78) y el infrarrojo cercano (NIR, de 0,78 a 5,3 micras)

9.1.6.2 Absorción

La capa de ozono de la estratosfera superior absorbe el 99% de los rayos UV. (100% de la radiación de alta energía y algo menos de las frecuencias menores, con longitud de onda de 0,29 a 0,43 micras), y se considera que el conjunto de capas por encima de la tropopausa absorbe aprox. el 50% de las radiaciones visibles y NIR.

La medición de la energía que entra en la troposfera (biosfera) después de las citadas pérdidas tiene un valor medio de 1,94 (aproximadamente 2) cal/cm2/minuto o 1,31 kw/m2. A este valor se le denomina constante solar, y se mide sobre una superficie teó-rica que estuviera perpendicular a los rayos del sol a la altura de la tropopausa. Una vez dentro de la troposfera la radiación solar es absorbida por el vapor de agua y el CO2, sobre todo la radiación correspondiente al NIR, ya que el espectro de absorción de radiaciones para el vapor de agua es: (para el CO2 es muy parecido)

ESPECTRO DE ABSORCIÓN DE RADIACIONES DEL VAPOR DE AGUA CASI

TRANSP. OPACO PARC.

OPACO TRANSPAR PARC.

OPACO OPACO

0 3 7 8,5 11 14 80 longitud de onda en micrómetros

Como puede apreciarse, H2O y CO2 absorben las radiaciones solares entrantes en la zona lejana del NIR (de 3 a 5,3 micras), y absorben una pequeña parte de longitudes de onda más cortas (visible y cercano NIR).

De la radiación que llega a la superficie terrestre una parte se reflejará directamente y otra parte será absorbida, produciendo esta última el calentamiento de la corteza terres-tre. Por lo tanto la Tierra tendrá que disipar este calor (si no sufriría un recalentamiento progresivo), y lo hace emitiendo radiación IR, con unas longitudes de onda entre 3 y 80 micras, habiendo un máximo a 10 micras.

El hecho de que la zona de λ= [8,5-11] del espectro no es absorbida por H20 y CO2 , permite que por ahí escape parte del calor terrestre (gracias a eso la Tierra no se reca-lienta en exceso); a este fenómeno se le denomina la VENTANA INFRARROJA.

Las radiaciones que absorbe la troposfera, ya provengan del Sol o de la Tierra, gracias a su contenido en H2O y CO2 también son reemitidas, yendo:

• una parte de nuevo a la corteza terrestre (se evitan pérdidas excesivas de calor nocturno)

• el resto al espacio exterior


Unidad II


9.1.6.3 Reflexión

Además de ser absorbida por los gases de la atmósfera, la radiación solar también puede ser reflejada de nuevo hacia la atmósfera exterior, sin que llegue a alcanzar la superficie terrestre. El coefte. de reflexión de la radiación se denomina ALBEDO, y depende de

• tipo de radiación (λ,longitud de onda)

• del ángulo de incidencia

• las partículas que componen la superficie sobre la que incide la radiación

Se da a continuación una tabla con los albedos más importantes. TIPO DE SUPERFICIE ALBEDO

Nubes 60% Partículas en suspensión en el aire 12,5% SUELO DESNUDO Tierras negras 8 a 14% Tierras arcillosas (rojizo-verdosas) 16 a 23% Tierras arenosas 18 a 43% SUELO CON VEGETACIÓN Herbáceas 19 a 26% Frondosas 12 a 18% Coniferas 8 a 14% Nieve 70 a 90% Agua 2%

Estos albedos han sido medidos para un ángulo de incidencia i=90º, que es el que pro-duce albedos menores; así, el agua que es casi transparente para rayos de sol verticales, alcanza un albedo del 35% para i=10º, y un 65% para i=4º.

A diferencia de las nubes, las partículas en suspensión del aire estan siempre presentes, y la intercepción de los rayos solares que producen hace que la atmósfera (el cielo) tome color azul.

Se puede establecer un albedo total medio (energía reflejada por la Tierra y su atmósfe-ra), que sería:

A= An+Aa+At An: albedo nubes Aa: albedo impurezas atmósfera At: albedo superficie terrestre

Se estima que el albedo medio de las nubes (en unos sitios hay nubes y en otros no) es responsable de al menos 3/4 del albedo total terrestre, repartiéndose el resto entre Aa y At a partes similares (10 a 12% del total cada uno).

9.1.7 EL VIENTO

9.1.7.1 Definición y caracterización

Se define el viento como el movimiento horizontal de una masa de aire de la atmósfera como consecuencia de una variación entre las presiones, corregidas al nivel del mar, de dos puntos de la Tierra.

Las magnitudes que caracterizan al viento son:

VELOCIDAD: se mide en m/s, km/hora o en nudos (millas náuticas/hora); 1 m/s=2 nudos. La velocidad del viento depende de:

. la intensidad del gradiente de presiones; a mayor gradiente mayor velocidad

. la latitud de la zona: a menor latitud mayor velocidad, hasta una latitud próxima al Ecuador, donde desaparece esta tendencia.

DIRECCIÓN: La dirección del viento es aquella desde la viene el viento (barlovento). A medida que se aumenta en altitud en la troposfera la dirección del viento dominante es del oeste. En la superficie las direcciones de los vientos vienen determinadas por la estabilidad atmosférica existente en cada momento; en cada zona de la Tierra suelen existir unas direcciones de vientos predominantes.

OTRAS MAGNITUDES: según la finalidad para la que se realice la medición de los vientos pueden evaluarse: velocidad media, horas de viento, velocidad punta, etc.

Los vientos tienen una gran importancia en climatología por :

• ser los responsables del transporte de la humedad atmosférica y del reparto del calor terrestre.

• potenciar los efectos de la temperatura (sensación térmica más fría o más ca-liente debida al viento) o de la humedad ambiente (vientos desecantes)

9.1.7.2 Principales fuerzas que originan el viento

El viento es el resultado del equilibrio entre la fuerza que origina el movimiento del aire, la fuerza de gradiente de presiones (f.g.p.), y otras fuerzas originadas como reac-ción al mismo movimiento.

La principal fuerza actuante en la formación del viento, además de la f.g.p., es la fuerza de Coriolis o fuerza desviadora. Esta fuerza afecta a la trayectoria de cualquier cuerpo en movimiento dentro de un sistema en rotación, como es la Tierra. La fuerza de Corio-lis hace que todas las trayectorias tiendan a curvarse en sentido opuesto al de la rotación del sistema; por tanto, (recordando la regla de la mano derecha, dedo pulgar apunta se-gún la dirección del vector rotación omega, entonces dedo anular marca la dirección de giro del sistema):

• EN EL HEMISFERIO NORTE, donde el vector rotación sale de la superficie terres-tre, el sentido de rotación es antihorario, por lo que la fuerza de Coriolis actuará en SENTIDO HORARIO O HACIA LA DERECHA.

• EN EL HEMISFERIO SUR, donde el vector rotación entra en la superficie terrestre,

el sentido de rotación es horario, por lo que la fuerza de Coriolis actuará en SENTI-DO ANTIHORARIO O HACIA LA IZQUIERDA.

La fuerza de Coriolis es siempre perpendicular al desplazamiento y es proporcional a la velocidad de desplazamiento de la masa.


Unidad II


EN RESUMEN, puede decirse los siguiente en cuanto a los vientos en el HEMISFERIO NORTE : En los núcleos de bajas presiones el viento gira en sentido antihorario y tiene una tendencia convergente (hacia el centro de la baja presión.

En los núcleos de altas presiones el viento gira en sentido horario y tiene una tendencia divergente (hacia el exterior del centro altas presiones).

9.1.7.3 Clasificación de vientos

Vientos regionales

En función de la orografía y el clima de cada zona del Mundo, aparecen vientos caracte-rísticos, que a menudo modifican fuertemente la climatología ‘habitual’ de la zona. Se pueden citar :

vientos fríos : mistral (francés), la tramontana (Cataluña), el cierzo (Aragón) vientos cálidos y secos: fohen (alemán), terral (Costa del Sol), viento sahariano (sur de España), levante (Cádiz). vientos húmedos : ‘llovedor’ (viento SO u O en la Meseta), el Poniente (Andalucía Occidental)

Brisas y vientos térmicos

El calentamiento de la superficie terrestre por acción de los rayos solares, hace que se caliente el aire en contacto con el suelo y tienda a ascender, con un doble efecto :

• se produce circulación de aire desde zonas más frescas hacia el punto donde se produce el calentamiento ; (por ejemplo desde el mar a la costa, o desde una umbría a una solana, o en un incendio forestal)

• las turbulencias producen mayor rozamiento entre las capas inferiores y superiores de la atmósfera(a más de 500 m. de altura sobre el suelo) ; en capas superiores el viento es en general más fuerte, por lo que al aparecer este mayor rozamiento, las capas superiores tenderán a ‘arrastrar’ más a las inferiores, produciéndose un mayor viento cerca del suelo. Esto explica la

B A

diferencia entre la intensidad creciente de los vientos diurnos, y las calmas nocturnas.

Las corrientes en chorro

Los vientos vistos tienen lugar en la zona baja de la troposfera, pegando a la superficie terrestre ; existen otros vientos que se desarrollan en la zona superior de la troposfera y en la tropopausa que se denominan corrientes en chorro o jets.

Las corrientes en chorro se deben principalmente a la fuerte variación del espesor de la troposfera que ocurren en latitudes medias. Al hacerse menor el espesor troposférico según se avanza hacia el norte, se crea a una altitud de 9.000 a 10.000 m. un gradiente de presiones muy fuerte, que origina vientos de velocidades medias superiores a los 100 km/h. (hasta 500 km/h)

Las corrientes de chorro tienen un papel fundamental en la formación de borrascas y anticiclones.


Unidad II


9.2 NOCIONES DE CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

9.2.1 DEFINICIONES Y GENERALIDADES

Def.: Presencia en el aire de materias o formas de energía que implique riesgo, daño o molestia grave para personas y bienes de cualquier naturaleza (Ley 38/1972 de 22 de diciembre, de Protección del Ambiente Atmosférico, actualmente vigente).

La presencia de contaminantes suele medirse en microgramos/m3 de aire o en ppm.

Clasificación de los contaminantes atmosféricos

• Sustancias químicas • Primarios: emitidos directamente a la atmósfera; su foco emisor es identificable. • Secundarios: se forman en la atmósfera por reacciones químicas. • Formas de energía • Calor • Ruido • Radiaciones diversas Principales contaminantes:

• Compuestos de azufre

• Oxidos de nitrógeno

• Oxidos de carbono

• Partículas o aerosoles

• Hidrocarburos

• Halocarburos

• Metales

• Fluoruros

• Otros

• Olores...

9.2.2 DESCRIPCIÓN DE LOS GRUPOS DE CONTAMINANTES PRIMARIOS MÁS IMPORTANTES

9.2.2.1 Compuestos del azufre

Los contaminantes de este grupo son SO2, SO3, H2SO4, H2S; los más emitidos por el hombre son los dos primeros.

SO2 es el compuesto que más se emite. Gas incoloro no inflamable de olor fuerte e irri-tante en [SO2]>3 ppm.

Es más pesado que el aire, pero se difunde bien en la atmósfera.

Su vida media en la atmósfera es de días; tiende a combinarse con el agua dando H2SO4 que provoca la lluvia ácida.

A partir de concentraciones de 250 µg/m3 provoca enfermedades respiratorias infantiles y con 500 µg/m3 el problema afecta a la población adulta.

Provoca daños a la vegetación y corrosión de metales.

SO3 se emite en compañía del SO2 pero en cantidades mucho menores; es muy inestable y se combina con el agua de forma similar al Dióxido de azufre. Gas incoloro.

Las fuentes de estos contaminantes son:

Lanzados directamente a la atmósfera

• Combustión de carburantes fósiles en focos estacionarios (carbón y fuel-oil de centrales energéticas, procesos indus-triales, calefacciones).

• Combustión de cualquier sustancia que contenga azufre

Oxidación del sulfuro de hidrógeno H2S+O3⇔ H2O + SO2

• Procedente de fuentes naturales (97%): descomposición de la materia orgánica (≈70%), océanos (≈30%) y actividad volcánica (<1%).

• Actividades industriales (poco importante)

9.2.2.2 Oxidos de nitrógeno

Existen 8 óxidos de nitrógeno distintos, pero los dos más importantes son NO (óxido nítrico) y NO2 (dióxido de nitrógeno), que suelen representarse como NOx. También debe citarse el N2O (óxido nitroso) de origen natural, que es gas de efecto invernadero.

Sus características son:

NO2

Gas fuertemente tóxico de color pardo rojizo y olor asfixiante. Vida media de días.

Se produce en los procesos de combustión, por la oxidación de N2 atmosférico a altas temperaturas motores, calderas, incendios, tormentas con descargas eléctricas, erup-ciones volcánicas, etc.

NO (óxido nítrico)

Gas incoloro e inodoro, tóxico. Vida media de días.

Su origen es mayoritariamente natural por la descomposición bacteriana de compuestos nitrogenados. También se genera en combustiones y es un compuesto intermedio en la formación del NO2. Normalmente los procesos de combustión producen más óxido ní-trico que al bajar la temperatura se va transformando a NO2.

N2 + O2 2NO 2NO + O2 2NO2

N2O

Incoloro, no tóxico, vida media 10 a 150 años.

Su origen es mayoritariamente natural por la descomposición bacteriana de compuestos nitrogenados. También se producen artificialmente por la fabricación de plásticos, aplicación de fertilizantes nitrogenados y por los aviones a reacción.

9.2.2.3 Óxidos de carbono

Son el monóxido (CO) y el dióxido de carbono (CO2).


Unidad II


CO

En concentraciones elevadas produce la muerte, mientras que en dosis bajas provoca daños en el sistema respiratorio y el sistema nervioso.

Se origina: • De forma natural (≈ 90%):

• por la oxidación atmosférica del metano proveniente de procesos de putre-facción de la materia orgánica; es la mayor parte de la producción natural.

• liberación de los océanos y producción y degradación de clorofila • De forma artificial:

• vehículos a motor de gasolina • combustiones industriales: centrales, refinerías • incendios

Se forma por la combustión incompleta de compuestos carbonados, aunque también puede aparecer por reacción del CO2 con sustancias ricas en carbono a temperaturas altas, o por disociación del CO2, también a elevada temperatura.

9.2.2.4 Partículas en suspensión o aerosoles

Tipos: Según composición

• Neblina: suspensión de gotas

• Humo: partículas de hollín procedentes de combustión

• Emanaciones: vapores de sustancias tanto orgánicas como metálicas

• Polvos: por disgregación de sólidos

Según su actividad biológica:

• Viables: capaces de vivir (bacterias, hongos, esporas, polen)

• Inviables: sin vida

Según el tamaño de las partículas

Mientras más pequeñas son más tiempo pueden permanecer en suspensión. Tamaño DENOMINACIÓN

< 0,1 µm Núcleos de Aitken: están cargadas eléctricamente y se mueve chocando al azar, pudiendo formar agregados coagulación

0,1 a 10 µm Materia en suspensión: Suspensiones mecánicamente estables que pueden ser transportadas a grandes distancias.

10 a 1000 µm Materia sedimentable: sólo presentan efectos en zonas próxi-mas a la fuente, puesto que sedimentan.

Efectos de las P.S.

Los efectos de las partículas en suspensión son diversos: • Perjuicios al sistema respiratorio (silicosis)

• Aumentan los efectos tóxicos de otros contaminantes (sinergia).

• Turbidez atmosférica (reducción de la visibilidad)

Emisores de partículas en suspensión

• Naturales (90%): mares (espuma salina), incendios, volcanes, viento (polvo del sue-lo)

• Antrópicos (10%): humos, insecticidas, industrias alimentarias, químicas, cemente-ras, ...

9.2.2.5 Hidrocarburos

El número de hidrocarburos (HC) implicados en la contaminación atmosférica es gran-de. Los más importantes son los compuestos gaseosos o volátiles a temperatura ambien-te (cuatro o menos carbonos) y también los insaturados, que presentan una mayor reac-tividad.

El origen de estos compuestos puede ser natural o antrópico, destacándose las siguientes fuentes y productos:

Gases procedentes de la descomposición bacteriana anaerobia

El principal gas es el metano, y su origen son los suelos encharcados y la digestión de los rumiantes.

La vegetación produce de forma natural terpenos que son HC insaturados que aparecen en muchas plantas, destacando las coníferas y los cítricos.

El transporte

Los motores de explosión son la principal fuente de contaminación por HC, con dos posibles formas:

• Evaporación directa de los carburantes a la atmósfera en los procesos de llenado y vaciado de depósitos de combustibles, así como en los procesos de fabricación en las refinerías de petróleo.

• Expulsión de carburante no quemado con los gases del escape.

Vertederos RSU

Los residuos sólidos urbanos contienen gran cantidad de basuras orgánicas cuya fer-mentación confinada produce metano y otros gases (biogas).

Disolventes orgánicos

Pinturas, barnices, lacas y otros productos sueltan HC a la atmósfera por evaporación (al secarse el producto aplicado) y en los procesos de fabricación.

Otros productores

• Industrias diversas

• Incendios forestales y quemas agrícolas

• Combustión de gas natural, carbón o gasóleos


Unidad II


Los efectos de los HC más abundantes, en forma de contaminantes atmosféricos, no son excesivamente perjudiciales de forma directa sobre los seres vivos. Como contaminan-tes directos apenas tienen peligro para la salud, pero sí como participantes en la crea-ción de contaminación secundaria:

• como gases de efecto invernadero

• como productores de contaminación fotoquímica

9.2.2.6 Halocarburos

Son sustancias industriales que contienen C y: • Bromo (extintores)

• Cloro y fluor (CFCs)

En el momento de su creación fueron consideradas como sustancias inofensivas, puesto que son inertes, no tóxicos y no inflamables.

Esta gran estabilidad hace que la degradación de estas sustancias sea lenta, pudiendo algunas de ellas durar más de 100 años en la atmósfera.

Su acción como contaminantes se debe a que al alcanzar la estratosfera, en presencia de radiación de alta energía (U.V.), se descomponen liberando átomos de Cl que son muy reactivos y actúan como catalizadores en las reacciones que transforman el ozono en oxígeno molecular.

9.2.2.7 Sustancias químicas tóxicas

En la actualidad existen más de 70.000 productos químicos y todos los años se crean otros nuevos. Estos productos deben ser probados previamente a su uso, ya que pueden presentar efectos perniciosos para la salud.

Los efectos agudos de estas sustancias pueden determinarse normalmente con rapidez, mientras que los efectos crónicos pueden tardar en manifestarse hasta 40 años, siendo el cáncer la manifestación más habitual.

La industria química es la principal generadora de estos contaminantes, aunque también son emitidos por incineradoras, plantas de tratamiento de residuos sólidos, estaciones depuradoras de aguas, etc.

Algunos ejemplos de productos químicos tóxicos son:

• Dioxinas: se relacionan con la industria del plástico, fertilizantes, etc.

• Triclorofenol (TCP): elaboración de pesticidas (acompañó a las dioxinas en el acci-dente industrial de Seveso)

• Metil –Isocianato (MIC): fabricación de plásticos; provocó el accidente industrial de Bhopal

• Poli-cloro difenil (PCB): se utiliza como líquido refligerante, componente de colas y pinturas epoxi, aislamientos de transformadores de alto voltaje...

• Materia orgánica policíclica (POM) producida por la quema de combustibles do-mésticos.

• Hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH): su existencia está también vinculada a la combustión, apareciendo sustancias de reciente conocimiento como los benzo-pirenos detectados en los aceites de orujo de aceituna.

9.2.2.8 Metales

Dentro de este amplio grupo de elementos, algunos son netamente tóxicos, otros pueden tener un efecto nocivo a elevadas concentraciones, mientras que muchos metales son elementos esenciales para la vida.

Se clasifican:

Según su masa específica pesados δ > 5 g/m3 ligeros δ < 5 g/m3

Según su grado de presencia abundantes más de 1000 ppm en la corteza terrestre trazas menos de 1000 ppm en la corteza terrestre

Entre los motivos que convierten los metales en tóxicos peligrosos se pueden citar:

a) Persistencia: se trata de elementos simples que no son degradados ni química ni bio-lógicamente; pueden formar compuestos de alteración cuya toxicidad sea menor o ma-yor que la del elemento puro, pero el metal siempre es recuperable.

b) Estabilidad: pueden ser transportados a grandes distancias tanto por aire como por agua hasta entrar en un organismo vivo. Del mismo modo, dentro de los organismos vivos su ritmo de eliminación es lento, por lo que se transmiten dentro de la cadena tró-fica, acumulándose en los animales que ocupan su parte alta.

c) Efectos crónicos: el hombre tiende a acumular metales en su organismo, pues estos pueden tener una permanencia de varios años, pudiéndose producir efectos fatales al alcanzar una cierta concentración.

Origen de la contaminación metálica

Los procesos que hacen aparecer metales en la atmósfera pueden ser:

• Combustión de carburantes fósiles; el carbón libera Ni, Cr, Zn, Hg, Sn y otros; las gasolinas liberaban plomo, utilizado como aditivo antidetonante, pero en la actuali-dad se les añaden compuestos oxigenados (alcoholes en general).

• Minería: las menas metálicas expuestas al aire y los depósitos de residuos mineros sufren meteorización acelerada y pueden liberar metales en forma de gases o de par-tículas en suspensión.

• Industria metalúrgica: liberan gases y partículas en los procesos de fundición y refi-no.

• Corrosión y desgaste de materiales metálicos: materiales corroídos por su exposi-ción al exterior, baterías gastadas (Pb, Hg, Cd, Ni).

• Incineración de residuos.

• Liberación directa: fumigaciones con compuestos de Hg.


Unidad II


• Industria nuclear y espacial: materiales radiactivos residuales.

En general la atmósfera es una zona de paso para estos metales que generalmente termi-nan depositándose en las aguas.

El plomo

Es el metal más importante como contaminante atmosférico, presentándose en forma de suspensión, en partículas de unas 3 micras.

El plomo tiene múltiples aplicaciones industriales: pigmentos, vidrio, baterías, cañerías y otros productos químicos.

Su liberación a la atmósfera se debe básicamente a: centros metalúrgicos, minería, gaso-linas (en descenso), incineradoras y la industria nuclear.

Tiene una permanencia en el organismo de 2 a 4 años, y su presencia impide la forma-ción de hemoglobina, por lo que se manifiesta inicialmente con síntomas de anemia. Al incrementarse las dosis provoca daños cerebrales y la muerte.

El mercurio

Metal que se libera a la atmósfera como componente de algunos fungicidas. Tiene tam-bién diversas aplicaciones industriales como la fabricación de algunos plásticos, y tam-bién en la industria farmacéutica.

Sus vapores y compuestos son muy tóxicos, al provocar inhibición encimática y graves daños al sistema nervioso. Estos daños se consideran permanentes y sin tratamiento efectivo.

Su eliminación es también lenta y se acumula en el hígado y los riñones.

9.2.2.9 Olores

Afectan al hombre en cuanto a la disminución de su calidad de vida, por el malestar que provocan a la población, mucho antes de llegar a ser verdaderamente nocivos.

Los olores pueden evaluarse:

• En concentración de materia olorosa en el aire (µg/m3)

• En unidades de olor, siendo una unidad de olor la cantidad de sustancia olorosa ne-cesaria para ser detectada por el 50% de una muestra de población de al menos 20 personas, que deben conocer el olor previamente.

Los olores pueden combatirse de diversas formas

• Disminuyendo la emisión de sustancias odoríferas.

• Diluyendo la emisión en gran cantidad de aire limpio antes de liberarla a la atmósfe-ra.

• Disfrazando el olor mediante la adición de sustancias de aroma más agradable.

9.2.3 CONTAMINANTES SECUNDARIOS

Las principales formas de contaminación secundaria son:

• Contaminación fotoquímica

• Acidificación del medio

• Pérdida de espesor de la capa de ozono

• Efecto invernadero

9.2.3.1 Contaminación fotoquímica

Esta forma de contaminación se denomina también “Smog fotoquímico Los Angeles”, puesto que fue descrito por primera vez en esta ciudad californiana en 1944.

La causa de la formación de esta neblina contaminante es la acción de la radiación ul-travioleta proveniente del sol que produce fenómenos de fotólisis en moléculas de con-taminantes, generándose sustancias altamente oxidantes como el ozono y el PAN (Nitrato de peroxiacilo). Los contaminantes primarios implicados son los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos.

En el proceso de formación de los contaminantes secundarios se pueden distinguir tres pasos:

1. Formación de O3 en el ciclo fotolítico del NO2

NO2 + rad. UV NO + O (muy inestable)

O + O2 O3

Si en la atmósfera no hay hidrocarburos que se combinen con el ozono, éste vuelve a descomponerse:

NO + O3 NO2 + O2

2. Formación de radicales libres activos

Si en la atmósfera hay hidrocarburos, éstos tienen fuerte tendencia a formar radicales oxigenados, que a su vez tienden a insertarse en el ciclo fotolítico del dióxido de nitró-geno de la siguiente manera:

HC(R) + XO ROx

NO + ROx ROy + NO2

O3 + ROy RO-

El retraso en la última reacción hace aumentar notablemente los niveles de ozono, y por otro lado los radicales libres generados RO- son muy reactivos.

3. Formación de productos finales

Los radicales libres reaccionan con otros contaminantes, originando una mezcla de pro-ductos oxidantes como el PAN:

RO- + NO2 PAN


Unidad II


De los productos de alto poder oxidante que se generan el ozono es el más abundante, y es el que se utiliza como indicador de esta contaminación. Los niveles de ozono presen-tan importantes oscilaciones a lo largo del día, en función de la intensidad luminosa y las condiciones de dispersión de la atmósfera; se consideran condiciones muy favora-bles para la formación de smog fotoquímico:

• situación anticiclónica

• fuerte insolación matinal

• vientos débiles

• época invernal, con mayor producción de contaminantes

Todos estos contaminantes resultan irritantes para las mucosas y vías respiratorias, y tienden a desaparecer al avanzar el día, al reducirse las emisiones de NO2 y aumentar la inestabilidad atmosférica.

9.2.3.2 Pérdida de espesor de la capa de ozono

La capa de ozono se localiza en la estratosfera, siendo su concentración máxima hacia los 25-30 km de altitud (varía según autores) en las zonas templadas, y hacia los 17 km en las zonas polares.

El ozono tienen una gran capacidad de absorción de radiación ultravioleta, protegiendo así a los organismos vivos terrestres, para los que esta radiación altamente energética es muy nociva.

La formación del ozono tiene lugar en la estratosfera en la reacción:

O2 + UV O + O

O + O2 O3

La eliminación natural de este gas puede ocurrir:

Por transferencia a la troposfera O + O3 2O2 +calor

Por descomposición en la misma estratosfera O3 + luz O2 + O

También puede eliminarse ozono por la presencia de contaminantes que catalicen su descomposición:

X + O3 XO + O2 Siendo X H, Br, Cl, NO, CO XO + O X + O2

El contaminante se recupera de nuevo, por lo que puede atacar a nuevas moléculas de ozono, descompensando el equilibrio existente y produciendo una reducción neta de la cantidad de O3.

Los principales agentes causantes de la destrucción de la capa de ozono son:

• Aviones supersónicos de vuelo supersónico (Concorde, aviones militares); producen NO2 y NO; fueron considerados como un gran peligro, pero su incidencia actual se considera escasa, debido principalmente a que este tipo de vuelos no se ha extendido comercialmente.

• La fertilización nitrogenada en agricultura provoca la emisión de N2O que parece afectar también al ozono estratosférico

• El bromuro de metilo utilizado para la desinfección del suelo en invernaderos, ade-más de su toxicidad deja escapar Br hacia la capa de ozono.

• Los gases clorofluorocarbonados utilizados como propelentes (CFCl3, freón 11) o como intercambiadores de calor (CF2Cl2, freón 12). Estos compuestos se caracteri-zan además por tener una gran estabilidad, con una permanencia en la atmósfera es-timada en 65 a 90 años.

• Las explosiones nucleares: lanzan enormes cantidades de gases a la atmósfera y provocan gravísimos daños en la capa de ozono, estimándose que en caso de una guerra nuclear los supervivientes podrían llegar a morir de cáncer por la acción de los rayos UV.

El espesor de la capa de ozono varía a lo largo del año de forma natural, si bien en las últimas décadas se ha observado que algunos años el tamaño del “agujero” ha aumenta-do sensiblemente por encima de la media. El momento más problemático es el final del invierno polar, puesto que al incidir los primeros rayos de sol sobre el Cl2:

Época invernal, t< -80ºC, el Cl forma cristales estables de Cl2.

HCl + ClONO2 Cl2 + HNO3 + calor

Inicio primavera, tas todavía muy bajas

Cl2 + luz

Cl + O3

Cl + Cl

ClO + O2

Primavera, aumento de tª, el cloro pierde actividad Cl2 + HNO3 + calor HCl + ClONO2

La situación de máxima actividad correspondiente al fin del invierno – inicio de la pri-mavera dura apenas unos días, pero se ha detectado que la acción del los rayos UV so-bre el fitoplacton de los océanos ártico y antártico es muy destructiva.

9.2.3.3 Acidificación del medio

Definición: pérdida de capacidad neutralizante del suelo y el agua a consecuencia del retorno a la superficie terrestre, en forma de ácidos, de los óxidos de N y S descargados a la atmósfera.

El origen de estos compuestos del nitrógeno y el azufre son las quemas de combustibles fósiles con fines energéticos principalmente. El proceso de retorno a la tierra puede rea-lizarse por dos vías, la seca y la húmeda:

Deposición seca

Los óxidos vertidos a la atmósfera regresan a la superficie en forma de gases o aeroso-les. La deposición seca es más abundante en las cercanías de los focos emisores, aunque puede desplazarse algunos cientos de kilómetros, sobre todo si el contaminante se lanza desde chimeneas a gran altura.


Unidad II


Deposición húmeda

La mayor parte de los óxidos de N y S sufren un proceso de oxidación que da lugar a la formación de ácido sulfúrico y ácido nítrico. Estos ácidos se disuelven en las gotas de agua que forman las nubes y regresan a la tierra en forma de precipitación ácida. La distancia de traslado de este tipo de contaminación puede alcanzar varios miles de km.

SO2 + H2O SO3H2 Transformación húmeda del dióxido

de azufre en ácido sulfúrico SO3H2 + ½ O2 SO4H2

Se considera precipitación ácida la que presenta pHs por debajo de 5,6 que es el pH de equilibrio con el CO2 atmosférico. En algunas zonas del Norte de Europa (Suecia, Fin-landia, Escocia) y en los Estados Unidos se han medido pHs entre 2 y 3 en el agua de lluvia.

Los efectos de la lluvia ácida dependen tanto del grado de acidez de la precipitación, como de las características del medio. En zonas de suelos carbonatados (formados sobre rocas calizas o dolomíticas) el efecto de la deposición ácida apenas se deja sentir, dado el gran potencial neutralizante que tienen estos suelos. Sin embargo, cuando se trate de rocas silíceas el poder tamponante del suelo frente a la acidez es mucho menor y los efectos se dejan sentir con mayor facilidad. Entre estos efectos se pueden citar:

• Movilización de metales pesados: la elevada acidez aumenta la solubilidad de estos metales que pasan así a la solución del suelo, con los problemas de toxicidad que esto puede causar (Pb, Cd, Zn, Mn, ...)

• Movilización del ión aluminio; este catión resulta especialmente abundantes sobre suelos silíceos, es tóxico para la vegetación y facilita la “pseudosolubilización” y pérdida de la materia orgánica del suelo.

• La fauna acuática, así como los bosques de coníferas son las formas de vida más afectadas por este tipo de contaminación.

9.2.3.4 Efecto invernadero

Ya se ha hablado de los gases que pueden producir una ganancia neta en la temperatura de la Tierra (CO2, CH4,CFCs, H2O, etc.), a causa de su espectro de absorción de radia-ción infrarroja.

El conjunto de procesos que provocan la evolución del clima es extremadamente complejo y no puede explicarse simplemente por un aporte contaminante, habida cuenta de que el clima terrestre ha presentado un gran dinamismo a lo largo de la existencia del planeta. Por lo tanto se considera que, sin menospreciar la importancia de los gases de efecto invernadero, estos procesos precisan un estudio que los aborde en un plano mu-cho más amplio, y no se tratarán aquí.

9.3 DISPERSIÓN DE CONTAMINANTES

9.3.1 ORIGEN Y DESTINO DE LOS CONTAMINANTES

Los contaminantes atmosféricos primarios, a partir de su salida a la atmósfera entran a participar en un conjunto de procesos complejos de transporte, mezcla y transformacio-nes químicas que dan lugar a una distribución variable de su concentración, tanto en el espacio como en el tiempo. (Sanz Sa, 1991; “La contaminación atmosférica”)

La cantidad de contaminantes existentes en un momento dado viene determinada por:

[contaminación neta] = [emisión] − [autodepuración]

Los procesos de autode-puración son

• Difusión y transporte

• Transformaciones químicas

• Deposición

Estos procesos pueden actuar conjuntamente o por separado, y se describen en los pun-tos siguientes.

9.3.2 DIFUSIÓN Y TRANSPORTE

9.3.2.1 Factores que influyen en los procesos de difusión y transporte

Los procesos de difusión y transporte de contaminantes se definen a través de la sobre-elevación, mezcla y trayectoria de la emisión, y dependen de las condiciones de emisión así como de la capacidad dispersante que la atmósfera presente.

Condiciones de emisión

Las variables a tener en cuenta respecto de la emisión son:

• Caudal (m3/s) y carga (g/m3) de la emisión

• Temperatura (ºC o ºK) y velocidad (m/s) de salida de los gases

• Altura del foco emisor sobre el suelo

Variables meteorológicas

• Temperatura del aire y su gradiente vertical

• Velocidad del viento y su variación altitudinal

• Dirección del viento y su variación altitudinal

• Altura de la capa de mezcla (capa pegada al suelo en la que se producen turbulen-cias por la rugosidad terrestre, que facilitan la mezcla y dispersión de los contami-nantes)

• Humedad – nubosidad – precipitación.


Unidad II


Todas estas variables se traducen en que la emisión es sometida a una traslación vertical y otra horizontal, cuyos agentes principales son la temperatura y el viento. Se ven a con-tinuación.

Difusión vertical: la temperatura

Un gradiente térmico acentuado permite el ascenso rápido de las emisiones calientes que son dispersadas por el viento. Se consideran buenas condiciones de difusión vertical gradientes de disminución de un grado o más en la temperatura, cada 100 m.

Si el gradiente térmico no alcanza los citados valores las condiciones de difusión son deficientes, pudiendo incluso ocurrir que la temperatura aumente con la altitud, produ-ciéndose lo que se denomina una inversión térmica. Estas inversiones provocan situa-ciones de gran estabilidad, dificultad de evacuación y por lo tanto atmósfera contamina-da.

Las causas de las inversiones térmicas pueden achacarse a:

• fuerte enfriamiento de la superficie terrestre después de una noche muy des-pejada

• presencia de un frente cálido que aporta aire caliente en altura

• situaciones anticiclónicas

Las inversiones térmicas no se forman:

• cuando hay vientos fuerte (turbulencias)

• bajo cubierta de nubes (no permiten el enfriamiento terrestre, pero tampoco favorecen la circulación vertical del aire a menos que se trate de un núcleo de bajas presiones)

Las condiciones de cielos despejados y retención de contaminantes en las que se produ-cen las inversiones térmicas favorecerán sin duda la formación de smog fotoquímico.

Difusión horizontal: el viento

Como ya se ha visto la aparición de vientos se debe a variaciones espaciales en la pre-sión atmosférica terrestre, que pueden tener un carácter local debido a sobrecalenta-mientos que generen corrientes convectivas, o un carácter más general, por la presencia de grandes núcleos de altas y bajas presiones.

En las capas altas de la atmósfera los vientos soplan de forma más continua e intensa que sobre la superficie terrestre, siendo el contraste más acusado durante la noche cuan-do no existen corrientes convectivas que mezclen verticalmente las capas de aire.

9.3.2.2 Modelos de difusión

Los modelos de difusión tratan de estimar de forma matemática la distribución de los contaminantes en el aire.

Los modelos pueden ser de diversos tipos (caja, multicaja, gausianos, numéricos), sien-do los gausianos los más utilizados. Para focos puntuales elevados (chimeneas) el mo-delo gausiano más aceptado es el de Pasquill:

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡+⋅

⋅⋅⋅= ⋅

+−

⋅−

−⋅

−2

2

2

2

2

2

2)(

2)(

2

2),,( zzy

HzHzy

zy

eeeu

QjzyxCj σσσ

σσπ

Donde: Cj(x,y,z): concentración en g/m3 del contaminante j en un punto del espacio de coordenadas x, y, z,

siendo: x: distancia al foco emisor y: separación de la línea de emisión marcada por la dirección del viento z: altura sobre el suelo

Qj: ratio de emisión del contaminante j en g/s σy , σz : coeficientes gausianos de dispersión transversal y vertical para las distintas

distancias x del foco (tablas) u: velocidad media del viento (m/s) en la boca de la chimenea. H: altura efectiva de dispersión (m); este valor se obtiene:

H= Hg + ∆H, siendo Hg la altura de la chimenea ∆H la altura del impulso termoconvectivo

Este modelo gausiano parte de unas hipótesis que pueden comprometer su precisión, cuando se alejan notablemente de la realidad:

• El viento es constante entre emisor y receptor, tanto en dirección como en velocidad

• El vertido permanece en la atmósfera (no reacciona)

• Cualquier penacho que impacta en el terreno rebota al completo, sin depositar.

• La dispersión de partículas sigue el modelo de una campana de gauss

Estimación de la sobreelevación del penacho de humos

La velocidad de los gases y la flotación impelen la emisión contaminante en sentido ascendente, en ocasiones muy por encima de la boca de la chimenea. Esto ayuda a redu-cir significativamente la concentración de contaminante, pudiendo aumentar la altura efectiva de la chimenea (Hg+∆H) entre un 10 y un 200%.

Para la estimación de este impulso termoconvectivo se usa el método de Briggs, que se desarrolla en tres pasos:

• primero: cálculo de la flotabilidad F del penacho

• segundo: estimación de las distancias críticas:

x*: distancia máxima de mantenimiento de la estructura del penacho xf: distancia de mezcla total y desaparición del penacho

• tercero: cálculo del impulso termoconvectivo a las distintas distancias al foco


Unidad II


Parámetro de flotabilidad

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

sTTdVsgF 1

2..

2

Donde:

Vs: velocidad de salida de gases en m/s T: temperatura a la altura de la chimenea en ºK Ts: temperatura de salida de gases en ºK d: diámetro de la chimenea en su borde superior (m) g: aceleración de la gravedad F: parámetro de flotabilidad en m4/s3

El cálculo de distancias críticas se realiza como sigue:

si F < 55 x* = 14·F5/8

si F ≥ 55 x* = 34·F2/5 xf= 3,5 · x*

El valor de ∆H se obtiene en función de las condiciones de estabilidad de la atmósfera dadas por Pasquill:

si x< xf ∆H = 1,6·F1/3·x2/3·u-1 Condiciones neutras o inestables (A, B, C, D)

si x≥ xf ∆H = 1,6·F1/3·xf2/3·u-1

si x< xf ∆H = 1,6·F1/3·x2/3·u-1 Condiciones estables (E y F)

si x≥ xf ∆H = 2,4·(F/u·s)1/3

s: parámetro de estabilidad t.q.

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

∆∆

⋅= 01,0zT

tgs

T: temperatura del aire en ºK

∆T/∆z: variación de temperatura por cada m ascendi-do (ºK/m)

Cálculo de la altura de las chimeneas

La normativa ambiental ha ido obligando progresivamente a la construcción de chime-neas más altas, para lograr la mayor dispersión posible de los contaminantes. Existen tres módulos de cálculo de la altura total de la chimenea, según tamaños:

Chimeneas pequeñas

Altura máxima entre 10 y 15 m.

Disposición legal: O.Mº de Industria de 21 de junio de 1968 (BOE nº 159 del 3/7/68)

Las bocas de la chimenea estarán situadas por lo menos a 1m por encima de los tejados, muros u obstáculos existentes en un radio de 10 m.

Chimeneas medianas

Altura de 15-20 a 50-60

Corresponden a instalaciones de combustión de potencia inferior a100 Mw con emisio-nes de hasta 720 kg/h de cualquier gas y hasta 100 kg/h de partículas sólidas.

Disposición legal: Anexo II de la O.M. de 18/10/76 (BOE 23/02/76) y corrección de errores (BOE 23/02/77).

6·

···TV

nCM

FQAH∆

= Donde:

A: coeficiente relativo a las condiciones climatológicas (tabulado) Q: caudal máximo de sustancias contaminantes en kg/h F: coeficiente de velocidad de sedimentación que puede tomar dos valores:

Para gases con v.sedimentación ≈ 0 F=1 Para partículas sólidas o impurezas pesadas F=2

CM: concentración máxima de contaminante admitida en mg/m3 calculada como la diferencia

CM=[valor de referencia]-[contaminación de fondo] n: número de chimeneas a una distancia inferior a 2H V: caudal de gases emitidos en m3/h ∆T= [Tª de salida del gas]-[Tªdel aire media anual]

Chimeneas grandes

Altura de 50-60 a 360 m.

Corresponden a instalaciones de combustión de potencia global superior a100 Mw con emisiones de más de 720 kg/h de cualquier gas y más de 100 kg/h de partículas sólidas.

Disposición legal: Artículo 10 O.M. de 18/10/76 (BOE 23/02/76) y corrección de erro-res (BOE 23/02/77).

La altura efectiva de la chimenea se determinará para que se respeten los niveles de inmisión aplicables, lo que conllevará un estudio de dispersión que tenga en cuenta:

• la meteorología de la zona • la topografía • la contaminación de fondo existente • la aplicación de modelo físico-matemático a través de : - la fórmula de Pasquill-Gifford para el cálculo de la dispersión - la fórmula de Briggs para el cálculo de la sobreelevación del penacho

9.3.3 TRANSFORMACIONES QUÍMICAS

Los contaminantes primarios pueden transformarse en productos secundarios, princi-palmente por oxidación en el seno de la atmósfera, como ya se vio en el caso de la con-taminación fotoquímica, y los procesos de acidificación del medio, que son las principa-les transformaciones que se presentan.

9.3.4 DEPOSICIÓN

Los contaminantes atmosféricos se eliminan del aire al pasar a otro medio, por alguno de los siguientes procesos:

• Sedimentación: como proceso natural o forzada por el hombre; aplicable principal-mente a las partículas en suspensión.

• Absorción: los contaminantes en fase gaseosa pueden ser absorbidos por la superfi-cie del suelo y por las plantas.

• Adsorción: los cationes metálicos y los aniones pueden ser captados por el complejo de cambio de los suelos


Unidad II


• Precipitación (deposición húmeda): los contaminantes pueden ser captados directa-mente por las gotas de lluvia o incorporarse como núcleos de condensación en nu-bes y niebla.

9. CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

Documents

Transcript of 9. CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA