CÁLCULO DE EMISIONES PARA LA INDUSTRIA LADRILLERA.

1. FUENTES DE EMISION.

1.1 Fuente Fija:

Son todas aquellas situadas en un lugar determinado e inamovible, aun cuando la descarga de contaminantes se produzca en forma dispersa. Dichas fuentes fijas pueden ser puntuales (aquella que emite contaminantes al aire por ductos o chimeneas) o dispersas (cuando los focos de emisión de una fuente fija se dispersan en un área, por razón del desplazamiento de la acción causante de la emisión).

1.2 Fuentes Puntuales:

Las fuentes puntuales se pueden inventariar a tres niveles de detalle:

• Nivel de planta: se refiere a una planta o instalación que puede contener varias actividades emisoras de contaminantes.

• Nivel puntual o de chimenea: es el lugar exacto en donde ocurren las emisiones al aire libre.

• Nivel de proceso o de segmento: representa las operaciones o procesos que integran la planta.

2. METODOLOGÍAS BÁSICAS DE ESTIMACIÓN DE EMISIONES.

A nivel mundial existen diversas entidades que se encargan de determinar los métodos de medición de emisiones contaminantes en fuentes fijas, entre los que sobresalen la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA), el Comité Europeo de Normalización (CEN) y la Organización Internacional de Estandarización (ISO).

Sin embargo, la mayor parte de los países que cuentan con reglamentación para fuentes fijas, utilizan los siguientes métodos propuestos por la EPA para determinar las emisiones contaminantes:

• Muestreo en la fuente.• Factores de emisión.• Balance de masa.• Modelos de emisión.

2.1 Muestreo en la fuente:

El propósito del muestreo en la fuente es determinar la concentración del contaminante en unacorriente de gas o la tasa de emisión del contaminante de una chimenea o del escape de un proceso. Midiendo la concentración del contaminante en un volumen conocido de gas y determinando la tasa de flujo del gas en una chimenea es posible calcular la tasa de emisión en masa del contaminante

Debido a la complejidad técnica del muestreo en la fuente, se requiere de tiempo y equipos especializados para obtener datos de emisiones con altos grados de exactitud y válidos para numerosos contaminantes de una fuente. Por esto el costo de realizar un muestreo de este tipo en una planta puede ser muy alto; sin embargo, si se aplica correctamente este método, puede proporcionar una mejor estimación de las emisiones de una fuente que los factores de emisión o el balance de masa.

El uso de datos de muestreo en la fuente reduce el numero de suposiciones relacionadas con la aplicabilidad de factores de emisión, las eficiencias del equipo de control de contaminación atmosférica, las variaciones del equipo o las características del combustible que son aplicadas a tipos similares de fuentes de emisión.

Los datos de un muestreo en la fuente deben usarse para estimar emisiones, solo si los datos se obtuvieron en condiciones representativas de la operación normal de proceso; además estos datos de emisión pueden extrapolarse para estimar las emisiones anuales de una fuente si la operación del proceso no varia de forma significativa.

En general, después de que se ha concluido un muestreo, los datos, incluyendo las concentraciones del contaminante y la tasa de flujo volumétrico del gas de escape, son presentados en un informe. La mayor parte de los reportes de muestreo en la fuente resumen las emisiones de cada contaminante expresándolas en cualquiera de los siguientes términos:

4.1 CÁLCULO DE EMISIONES PARA LA INDUSTRIA LADRILLERA

En la producción de ladrillo y otros productos cerámicos hay diferentes procesos donde se generan emisiones atmosféricas, como lo son la extracción, molienda, tamizado, mezcla, moldeo, secado y cocción.

La figura 15 esquematiza las diferentes etapas del proceso de fabricación de ladrillo.

Los factores de emisión y sus respectivas calidades, dados por el AP42 para PST, PM10 y PM2.5 para las actividades de procesamiento y manejo en general de la industria ladrillera se muestran en la tabla 3.

Tabla 3. Factores de emisión en los procesos de trituración, molienda, tamizado en la fabricación de ladrillos y productos cerámicos

TIPO DE FUENTE

FE PST FE NO FE PMCALIDAD DEL

X 10 FACTOR DE EMISION

Kg/t arcilla

Kg/t arcilla FE PST FE NOX FE PM10

Almacenamiento (Intemperie) 7.718 No aplica ND No aplica

Molienda y tamizado en base húmeda 0.01135 No aplica 0.0010442 E E

Molienda y tamizado en base seca 3.859 No aplica 0.24062 E E

Molienda y tamizado en base seca con filtro 0.0028148 No aplica 0.0014528 E E

FE PST FE NO FE PMCALIDAD DEL

X 10 FACTOR DE EMISION

TIPO DE FUENTE Kg/t ladrillos producidos

Kg/t ladrillos producidos

Kg/t ladrillos producidos FE PST FE NOX FE PM10

Trituración inicial con filtro ND No aplica 0.000590 No aplica E

Conformado con filtro (contenido dehumedad del material entre 5 - 9%, ND No aplica 0.003600 No aplica E solamente)

Secado artificial 0.077000 No aplica ND E No aplica

Secado artificial con quemador adicional ND 0.044492 ND No aplica E No aplicaFuente: Tabla 11.3-1 y Tabla 11.3-3 AP-42 Capitulo 11.3 “Brick and structural Clay product manufacturing”

Para el cálculo de emisiones en el proceso de cocción usamos el factor de emisión correspondiente al tipo de horno usado (en este caso Hoffman). Los factores de emisión propuestos para las diferentes tecnologías de hornos empleados en esta industria se registran en la tabla 4.

Tabla 4. Factores de de emisión en la cocción de ladrillos y productos cerámicos

TECNOLOGÌASFNOx FSO2

(Kg/t de (Kg/t decarbón) carbón)

Hornos Periódicos

FPST

(Kg/t decarbón)

Horno Pampa 8.387 14.68 32.04Horno Colmena 2.07 3.63 7.92

Hornos continuosHorno Hoffman 1.03 1.8 3.938Horno Túnel 0.26 0.46 0.99Horno Vagón No hay No hay 1.51*

Fuente: Cálculos del Grupo IDEAM-UIS. Alternativas Ambientales en los Procesos de la Industria Ladrillera

*Estrategias de concentración para mejorar la calidad del aire en la zona Guayabal-Itaguí en el Sector de la industria ladrillera. Ubaldo Hincapié. Maestría en Ingeniería Ambiental. Universidad de Antioquia, 2004.

Ej e mp lo :

En la ladrillera “Arcillas&Arcillas” el proceso de fabricación comienza con la extracción de la materia prima (arcilla) la cual es apilada a la intemperie dentro de la planta y mensualmente se apilan aproximadamente 3300 toneladas. Esta arcilla es llevada por medio de maquinaria pesada a la tolva dosificadora a fin de iniciar la etapa de molienda en seco. Una vez lograda la granulometría requerida se inicia con la etapa de conformado del ladrillo, para luego ser almacenados bajo techo, a fin de iniciar con el secado, en el cual se retira el exceso de humedad por medio de la temperatura ambiente. Por último se realiza el proceso de cocción en un horno tipo Hoffman, cuyo principio de operación es el desplazamiento de fuego a lo largo de su trayectoria. Se usa como combustible carbón mineral pulverizado (2 t/día).

La producción mensual en la Ladrillera Arcillas&Arcillas es de 2800 toneladas, lo que equivale a una producción promedio de 330000 ladrillos.

Calcular las emisiones de PST, NOX y SO2 generadas en los diferentes procesos de la planta.

D es a r r o ll o :

Primero se identifican las emisiones durante cada etapa del proceso.

Tabla 5. Identificación de etapas presentes en el caso de estudio

ETAPA PST SO2 NOX

Almacenamiento x - -Molienda x - -Conformado x - -Secado x x XCocción x x X

Para las etapas de almacenamiento, molienda y conformado (fuentes dispersas del proceso de fabricación) se determinan las emisiones de material particulado teniendo en cuenta los factores de emisión que presenta la EPA para dichos procesos:

Teniendo en cuenta la información de la producción de la ladrillera, de la materia prima apilada (para la etapa de almacenamiento) y los factores de emisión, se aplica la siguiente ecuación (no hay equipos de control):

Donde:

E = A x F

E = Estimado de emisión para la fuente (a nivel de proceso) A = Nivel de actividad (material producido)F = Factor de emisión

EPST (Molienda) = 4.25 Kg/t * 2800 t/mes * 12 meses/año = 142800 Kg/año = 142.8 t/año

De manera similar se calculan las otras emisiones; la tabla 6 registra los resultados obtenidos para los procesos de almacenamiento, molienda y conformado.

Tabla 6. Resumen de resultados obtenidos para el caso planteado para estudio de la industria ladrillera

ETAPAPRODUCCION

(t/mes)EPST

(t/año)Almacenamiento 3300 673.2Molienda 2800 142.8Conformado 2800 1.176

El secado como es natural se considera que no produce ningún tipo de emisiones. Para el cálculo de las emisiones producidas durante la cocción en un horno Hoffman (ver tabla 4) y teniendo en cuenta que la cantidad de combustible usado fue 2 t/día de carbón se aplica la siguiente ecuación:

E = A x F

Donde:E = Estimado de emisión para la fuente (a nivel de proceso) A = Nivel de actividad (cantidad de combustible)F = Factor de emisión

Por ultimo se obtienen los siguientes resultados:

Tabla 7. Emisión de PST, NOX y SO2 durante la etapa de cocción del caso de estudio de la empresa ladrillera

ETAPAEPST

(Kg/día)ENOX

(Kg/día)ESO2

(Kg/día)

Cocción 7.87 2.06 3.6

HINCAPIÉ, Ubaldo. Estrategias de concentración para mejorar la calidad del aire en la zona Guayabal-Itagüí en el sector de la industria ladrillera. Maestría en Ingeniería Ambiental, Universidad de Antioquia, 2004.