UNIVERSIDAD ALAS PERUANASUNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

FACULTAD DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURAFACULTAD DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURA

CONTAMINACIÓN AMBIENTAL

Ing. Daniel Rodríguez Dionicio

CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

Contaminación del aire

Se entiende por "contaminación atmosférica o del aire" a la presencia de sustancias, o formas de energía, que alteran el equilibrio natural de los gases que conforman el aire (calidad del aire) de tal manera que implique riesgo, daño o molestia grave para las personas, animales y bienes de cualquier naturaleza (Salvat, 1973).

Asimismo, definiremos como contaminante atmosférico, a toda aquella sustancia que cause una desviación en la composición química media de la atmósfera. Los contaminantes pueden encontrarse en estado sólido, líquido o gaseoso

…. Contaminación del aire

La circulación de vehículos, las emisiones de los procesos industriales, la minería, la metalurgia y los malos hábitos de la población son las principales fuentes contaminantes (Vizcarra, 1 995), destacándose el parque automotor con una contribución del 40% a la contaminación atmosférica, según estudios realizados en Estados Unidos (Hutchinson et al, 1 996).”

Calidad del aire

“La calidad del aire es resultado de los procesos de emisión, dilución, transporte y remoción de

contaminantes emitidos por varias fuentes, y de sus interacciones químicas y físicas”

PROBLEMAS

Contaminación:Material particulado,

uso de comb. fósiles, emisión de

óxidos de nitrógeno, dióxido deazufre, monóxido de carbono, plomo, compuestos orgánicos,

etc.

Contaminación acústica

Gases efecto invernadero

El Ciclo de la Contaminación del Aire

EMISION

MECANISMO DE PRECIPITACION

TRANSPORTE , DIFUSION

TRANSFORMACION

DEPOSICION

VARIABLES DE LA FUENTE

(temperatura del gas, velocidad de salidad, emision de polvo y gas)

EFECTO EN EL RECEPTOR

(deposición en el suelo, impacto en la salud, corrosión, daño a la vegetación, …. etc)

CONCENTRACION EN EL AMBIENTE

Criterios de calidad de aireCriterios de calidad de aire

La calidad del aire se determina midiendo los niveles de concentración de los contaminantes en la atmósfera.

GASES PERMANENTES VOLUMEN % MASA %

Nitrogeno (N2) 78.084 75.51

Oxígeno (O2) 20.946 23.15

Argón (Ar) 0.934 1.28

Neón (Ne) 0.018 120x10-5

GASES VARIABLES    

Vapor de agua (H2O) 0.4  

Dióxido de carbono (CO2) 0.033 0.046

Ozono (O3) 0.000001 1.7x10-5

Hidrógeno (H2) 0.00006 1.32x10-5

OTROS GASES PERMANENTES    

Helio (He) 0.0005 8x10-5

Kripton (Kr) 0.00011 27x10-5

Xenón 0.00001 3.6x10-5

Radón (Rd) 7x10-8  

Calidad del Aire en el PerúCalidad del Aire en el Perú

Deteriorado en los últimos años

Afecta a la comunidad en su conjunto, los

niños, los ancianos y los sectores más pobres son

los mas vulnerables

Las principales fuentes de origen antropogénico son:Los vehículos automotores

en circulación: Inadecuado mantenimiento, mala

calidad de combustible y caos del transporte

Sector energía (refinerías); sector minería (fundición de

metales); sector de la producción (Inds. Cemento, harina y aceite de pescado) y el sector artesanal (minería artesanal y las ladrilleras)

Pequeñas empresas: lavanderías, panaderías, pollerías y restaurantes. Que queman en forma carbón, madera y otros combustibles fósiles.

Actividades vecinales: quema de RSM y

llantas, y la generación de ruido

por discotecas y fiestas

Contaminantes Globales

Ciertos contaminantes tienen efectos continentales y globales. Estos contaminantes incluyen lluvia ácida, CO2, CFC, contaminantes radiactivos, metales pesados, organoclorados persistentes como los plaguicidas y emisiones de contaminantes convencionales de fuentes naturales en gran escala como volcanes y bosques.

•Mundial. Capa de ozono (clorofluocarbonos-CFC), emisiones de carbono, etc. Es decir, el efecto invernadero y cambio climático. Donde las incertidumbres son grandes y la prudencia ha de ser máxima.

Agujero de Ozono

El conjunto de productos químicos denominados clorofluorocarbonos (CFC´s) contienen cloro, flúor y carbono, se usan en refrigeración, aire acondicionado, aerosoles y materiales aislantes y se creía que eran inertes químicamente. Son inertes en la troposfera (hasta 10 km) y se vuelven activos por encima de los 20 km (estratosfera) que es donde la concentración de ozono es mayor.

Al descomponerse los CFC´s liberan cloro atómico el cual es muy reactivo y destruye a las moléculas de ozono, se considera que un sólo átomo de cloro destruye hasta 100 mil moléculas de ozono. Las ecuaciones químicas que representan el proceso son:

a) Cl  +  O3  --------> Cl O  +  O2

b) Cl O  +  O  -------->  Cl  +  O2

Agujero de Ozono

Cambio Climático

El calentamiento global de la Tierra depende del efecto invernadero y del mecanismo de enfriamiento que depende de la forma en que devuelva la energía a la atmósfera, es decir, del mecanismo de absorción y emisión de la energía que llega del Sol.

Según registros paleoclimáticos, la Tierra ha pasado alternadamente, por períodos de temperaturas altas y bajas (glaciaciones), y el clima ha variado sensiblemente a lo largo de la vida del planeta.

Desde hace muchos años, los científicos se han preguntado qué es lo que ha ocasionado estas variaciones y son muchas las interpretaciones que se han generado.

Regional o Continental. Lluvia ácida, presencia de ozono en las capas bajas de la atmósfera que afecta a las grandes aglomeraciones industriales y urbanas de los países desarrollados. La controversia se centra en el automóvil, las centrales térmicas y las nucleares.

Lluvia Ácida

La lluvia ácida presenta un pH menor (más ácido) que la lluvia normal o limpia. Constituye un serio problema ambiental ocasionado principalmente por la contaminación de hidrocarburos fósiles. Estos contaminantes son liberados al quemar carbón y aceite cuando se usan como combustible para producir calor, calefacción o movimiento (gasolina y diesel).

La lluvia ácida se forma generalmente en

las nubes altas donde el SO2 y los NOx

reaccionan con el agua y el oxígeno, formando una solución diluida de ácido sulfúrico y ácido nítrico. La radiación solar aumenta la velocidad de esta reacción:

•SO3+H2O --> H2SO4

•2NO2+H20 --> HNO3 + HNO2

Locales. Calidad del aire en algunas ciudades, el ruido y el almacenamiento de sustancias peligrosas, etc.

Contaminantes Locales

Principales Contaminantes del Aire

• FUENTES FIJAS: chimeneas industriales, plantas generadoras de energía, quema de vegetación para agricultura y de basura.

• Las principales aportes de contaminación por estas fuentes se deben a procesos de síntesis química (industrias de fabricación de materiales), procesos de fundición (metalúrgicas) y a operaciones de conversión de energía (plantas termoeléctricas).

Las fuentes antropogénicas de contaminación atmosférica

• FUENTES MÓVILES, se encuentran: automóviles, aviones, etc. Para ambos casos (fuentes fijas y móviles), la composición de la emisión estará en función de la composición del combustible y de las condiciones operacionales existentes (temperatura, presión, cantidad de oxígeno presente, etc.)

• Los primarios son aquellos contaminantes emitidos directamente hacia la atmósfera por las fuentes que los generan, pasan a la atmósfera y alcanzan a los receptores sin alteración, por ejemplo: los gases de las chimeneas de las industrias, las partículas de polvos acarreados por el viento, los gases emitidos a través de los escapes de los automóviles, etc.

Contaminantes Primarios y Secundarios

Entre los contaminantes

químicos primarios se

encuentran los siguientes:

      bióxido de azufre

      ácido sulfhídrico

      óxido de nitrógeno

      amoniaco

      monóxido de carbono

      hidrocarburos

      halógenos

• Los Secundarios: Los componentes secundarios se originan a partir de transformaciones sufridas por los contaminantes primarios, al reaccionar entre ellos mismos bajo la influencia de los componentes del clima (viento, radiación solar, humedad, etc.). Ejemplo, la radiación fotoquímica entre los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos, actúa como fuente generadora de agentes oxidantes fuertes, como es el caso de la contaminación por ozono en la troposfera.

Entre los contaminantes

químicos secundarios se encuentran los

siguientes:

      trióxido de azufre

      ácido sulfúrico

      cetonas y aldehídos

      bióxido de nitrógeno

•       Óxidos de carbono:

- monóxido de carbono

- bióxido de carbono•     Partículas sedimentables • Partículas en suspensión

– polvo, lluvia ácida, polen, asbestos

Principales Contaminantes Atmosféricos

• Compuestos de nitrógeno

- óxido nítrico

- bióxido de nitrógeno

- óxido nitroso• Compuestos de azufre

- bióxido de azufre

- trióxido de azufre.

• Oxidantes fotoquímicos (ozono)• Compuestos halogenados• Metales• Sustancias radiactivas

– (radón-222; iodo-131;plutonio- 239)• Calor• Ruido• etc.

• Óxidos de nitrógeno (NOx): El principal efecto ambiental de los NOx, debido al papel que juegan como componentes del smog citadino, es la formación de ozono tropósferico, de acuerdo con las siguientes reacciones:

• NO2 + luz solar NO + O

• O + O2 O3

• En donde el bióxido de nitrógeno reacciona en presencia de la luz solar, produciendo óxido de nitrógeno y oxígeno molecular (O), el cual, posteriormente, reacciona con una molécula de O2 para formar una molécula de ozono (O3 ).

Efectos de los Principales Contaminantes Atmosféricos

• Por otra parte, los NOx emitidos al aire también pueden formar nitratos, como partículas finas que respiramos, o bien, generar ácido nítrico, corresponsable, junto con el ácido sulfúrico, de la formación de lluvia ácida.

• CARACTERÍSTICAS DEL GAS: Incoloro (en grandes concent. es café pardo)

• PRODUCE: irritación en los ojos, nariz y garganta. La exposición prolongada o crónica produce lesiones pulmonares.

• Puede permanecer residente en

el medio hasta 3 años

• El bióxido de azufre (SO2) y el trióxido de azufre (SO3): Son gases que resultan de la oxidación del azufre inorgánico y orgánico presente en los combustibles fósiles. Los problemas más graves por este tipo de contaminación se producen por la combustión de carbón.

• El SO2 es un gas que pertenece a la familia de los gases de óxidos de azufre (SOx). Este gas incoloro y con sabor ácido picante, es percibido por el olfato en concentraciones hasta de 3 ppm (0.003%) a 5 ppm (0.005%). Cuando se encuentra en niveles de 1 a 10 ppm induce al aumento de la frecuencia respiratoria y el pulso.

• Los efectos más graves debidos al SO2 se

relacionan con su alta solubilidad. Por un lado, se facilita su paso a través de las mucosas, lo que afecta primordialmente a los bronquios (bronquioconstricción) aun a concentraciones de 1 ppm, o menores, en el caso de personas con asma o problemas respiratorios.

• Cuando alcanza las 20 ppm produce una fuerte irritación en ojos, nariz, garganta, incrementa la crisis asmática y recrucede las alergias respiratorias. Si la concentración y el tiempo de exposición aumentan, se producen afecciones respiratorias severas. Una exposición a 400 - 500 ppm, aunque sea corta, puede resultar fatal para el organismo al producir y agravar ciertos padecimientos cardiovasculares

• Por otra parte, el SO2. También contribuye a la

generación de la lluvia ácida, al entrar en contacto con la humedad de las nubes.

S  +  O2   -------->    SO2

SO2  +  H2O  -------->  H2SO3 

2 SO2  + O2   -------->  2 SO3

SO3  +  H2O  ------->  H2SO4

• Óxidos de carbonoIncluyen el dióxido de carbono (CO2) y el monóxido de carbono (CO). Los dos son contaminantes primarios.

Dióxido de carbono

• Caracterísiticas.- Es un gas sin color, olor ni sabor que se encuentra presente en la atmósfera de forma natural. No es tóxico.  Desempeña un importante papel en el ciclo del carbono en la naturaleza y enormes cantidades, del orden de 1012 toneladas, pasan por el ciclo natural del carbono, en el proceso de fotosíntesis.

• Acción contaminante.- Dada su presencia natural en la atmósfera y su falta de toxicidad, no deberíamos considerarlo una substancia que  contamina, pero se dan dos circunstancias que lo hacen un contaminante de gran importancia en la actualidad:

• es un gas que produce un importante efecto de atrapamiento del calor, el llamado efecto invernadero; y

• su concentración está aumentando en los últimos decenios por la quema de los combustibles fósiles y de grandes extensiones de bosques

• Por estos motivos es uno de los gases que más influye en el importante problema ambiental del calentamiento global del planeta y el consiguiente cambio climático. Analizamos este efecto más adelante, dada su importancia

• Monóxido de carbono (CO)• El monóxido de carbono (CO) es el contaminante

más abundante en la troposfera, después del CO2, es emitido por fuentes antropogénicas, su masa es mayor a la de los demás contaminantes en conjunto.

• Este gas se origina como subproducto de una combustión incompleta. Idealmente, en la oxidación de los combustibles fósiles, el material carbónico es transformado hasta CO2, pero cuando no hay el suficiente oxígeno, el compuesto de carbón no se puede “oxidar” en su totalidad, por lo que se genera CO en cantidades que dependerán, sobre todo, de la proporción de aire (oxígeno) disponible con respecto a la cantidad de combustión; es decir, de la relación aire/combustión. A menores valores de esta relación (menor aire disponible), se obtienen mayores cantidades de CO

• El efecto que el CO tiene sobre la salud, consiste en impedir la adecuada oxigenación de la sangre, debido a que la hemoglobina tiene una afinidad 20 veces mayor con el CO2 que con el oxígeno.

• El CO debe su toxicidad en los seres humanos a su capacidad para combinarse con la hemoglobina produciendo la carboxihemoglobina (COHb), la cual no puede transportar el oxígeno porque la COHb y el O2 compiten por el mismo grupo funcional de la hemoglobina.

• Es por esto que, a concentraciones superiores a 300 ppm, el CO puede causar la muerte por asfixia.

NIVEL (ppm)EFECTO

FISIOLÓGICO

200  por 3 horas ó 600  por  1  hora 

Dolor de cabeza

500  por  1  hora ó 1 000 por  30 minutos 

Mareos, zumbido de oídos, náuseas, palpitaciones, embotamiento

1 500  por una hora Sumamente peligroso

para la vida

4 000 Colapso, inconsciencia,

muerte

 

Contaminante

Criterios para

evaluar calidad del

aire

Características Del

contaminanteFuentes principales Efectos principales

Partículas suspendidas totales (PST)

Promedio diario de 27 mg/m3

Partículas sólidas o líquidas dispersas en la atmósfera (diámetro de 0.3 a 100 micras) como polvo, cenizas, hollín, partículas metálicas, cemento, polen. La fracción respirable de PST está constituida por aquellas partículas de diámetro inferior a 10 micras.

Combustión industrial y domestica usando carbón, combustible y diesel; procesos industriales; incendios, erosión eólica y erupciones volcánicas.

Salud: irritación en las vías respiratorias, su acumulación en los pulmones origina enfermedades como la silicosis y la abstestosis, agravan enfermedades como el asma y los cardiovasculares; pueden ser tóxicas dependiendo de su composición química.Vegetación: interfieren en la fotosíntesis.Otros: disminuye la visibilidad y provoca la formación de nubes.

Bióxido de azufre SO2

Promedio diario:300ug/ m3 (0.13 ppm)

Gas incoloro con olor picante que al oxidarse y combinarse con agua forma ácido sulfúrico, principal componente de la lluvia ácida.

Combustión de carbón, diesel, combustóleo y gasolina que contiene azufre; fundición de vetas metálicas en azufre; procesos industriales, erupciones volcánicas.

Salud: irritación de los ojos y tacto respiratorio, reduce las funciones pulmonares y agrava las enfermedades respiratorias como el asma, la bronquitis crónica y el enfisema.Materiales: Corroe metales, deteriora controles eléctricos, papel, textiles, pinturas, materiales de construcción y monumentos históricos.Vegetación: Lesiones en las hojas y reducción de la fotosíntesis.

 Contaminante

Criterios para evaluar

calidad del aire

Características Del

contaminanteFuentes principales Efectos principales

 

Hidrocarburos(HC)

Criterios recomendables: promedio horario: 160ug/ m3 (0.24 ppm)

Compuestos orgánicos que contienen carbono e hidrógeno en estado gaseoso. Se combina en presencia de luz solar con óxidos de nitrógeno y forman el smog fotoquímico.

Combustión incompleta de combustible y otras sustancias que contienen carbono, procesamiento; distribución y usos de compuestos de petróleo como la gasolina y los solventes orgánicos; incendios, reacciones químicas en la atmósfera, descomposición bacteriana de la materia orgánica en ausencia de oxígeno.

Salud: Transtornos en el sistema respiratorio, algunos hidrocarburos provocan cáncer.

Oxidantes foto – químicos: Ozono (O3),

nitratos de peroxiacétilo y algunos aldehídos.

Ozono: promedio horario máximo 216 ug/m3 (0.11 ppm).

Compuestos gaseosos incoloros producidos en presencia de luz solar. Oxidan materiales no inmediatamente oxidables por el oxigeno gaseoso

Reacciones atmosféricas de hidrocarburos y óxidos de nitrógeno bajo la influencia de la luz solar.

Salud: irritación en los ojos y el tracto respiratorio, agravan las enfermedades respiratorias y cardiovascualres.Materiales: deterioran el hule, los textiles y las pinturas.Vegetación: lesiones en las hojas y limitan el crecimiento.Otros: disminuyen la visibilidad.

Monóxido de carbono (CO).

Promedio en 8 horas máximo: 395 ug/ m3 (13 ppm).

Gas incoloro e inodoro que se combina con la hemoglobina para formar la carboxihemoglobina

Combustión incompleta de combustibles y otras sustancias que contienen carbono; incendios.

Salud: La carboihemoglobina afecta el sistema nervioso central y provoca cambios funcionales cardiacos y pulmonares, dolores de cabeza, fatiga, somnolencia, fallos respiratorios y hasta la muerte.

          

 

Contaminante

Criterios para

evaluar calidad del aire

Características Del

contaminanteFuentes principales Efectos principales

Bióxido de nitrógeno (NO2)

Promedio horario máximo 395 ug/ m3 (0.12 ppm)

Gas café rojizo de olor picante.

Combustión a alta temperatura en industrias y vehículos; tormentas eléctricas

Salud: irrita los pulmones, agrava las enfermedades respiratorias y cardiovasculares.Materiales: desteñimiento de las pinturas.Vegetación: Caída prematura de las hojas e inhibe el crecimiento.Otros: Disminuye la visibilidad.

Plomo (Pb)

Criterio recomendable: 1.5 ug/ m3 durante tres meses.

Metal pesado no ferroso en forma de vapor, aerosol o polvo.

Combustión de gasolina que contiene plomo; minería, fundición y procesos industriales.

Salud: Se acumula en los órganos del cuerpo: causa anemia, lesiones en los riñones y el sistema nervioso central (satumismo).

Las partículas y algunos contaminantes inorgánicos.

Gruesas > 25 um

Finas 10 – 25 um

Inhalables < 10 um

Las partículas finas normalmente permanecen en la troposfera sólo un día o dos, antes de caer a la superficie por gravedad o precipitación. Las partículas inhalables, también conocidas como PM10, son más ligeros y tienden a permanecer suspendidos por varios días. Son las más perjudiciales para la salud humana, debido a que, dependiendo de su tamaño, pueden afectar diferentes regiones del aparato respiratorio. Las partículas menores a 0.1um tienen la capacidad de depositarse en las partes más internas de los pulmones, es decir, en los alvéolos, en donde los contaminantes pueden permanecer por largo tiempo, debido a la ausencia de cilios y mucus, mismos que en los ductos precedentes (bronquios) evitan el paso de partículas mayores de 1um. Estas partículas pueden ser absorbidas hacia el sistema circulatorio, o bien expulsadas junto con el mucus, mismo que los cilios conducen hacia la garganta.

Las principales partículas que contaminan al ambiente

• Primarias:

   Partículas con metales pesados (Pb, Cd, As)

   Asbestos

“Partículas” vivas (microorganismos)

 Partículas con metales ligeros (Na, Mg, Al, K, Ca)

Sustancia Efectos cancerígenos Efectos no cancerígenos

PlomoTumores en el riñón (en animales de laboratorio)

Peso de nacimiento reducido, anemia, aumento de la tensión sanguínea, danos en el cerebro y riñones deterioro del IQ, disminución de la capacidad de aprendizaje

Arsénico (por inhalación)

Cáncer del pulmón Daños en el hígado, fibrosis pulmonar, danos neurológicos

Cadmio (por inhalación)

Cáncer del pulmón (en animales de laboratorio)

Danos en riñones, osteoporosis, anemia

Cromo (por inhalación)

Cáncer de pulmón Bronquitis, danos en hígado y riñones

Hidrocarburos aromáticos policíclicos

Cáncer de pulmón (por inhalación), estómago (por ingestión) y piel (por contacto epidérmico)

Danos en el hígado, dermatitis

Benceno LeucemiaSomnolencia, vértigo, dolores de cabeza, anemia, falta de inmunidad, fetotoxicidad

Compuestos orgánicos clorados

Cáncer de hígado (en animales de laboratorio)

Danos en el hígado, efectos neurológicos (en animales de laboratorio)

Ejemplos para efectos cancerígenos y no cancerígenos de algunas sustancias

Componentes Aire limpio Aire contaminado

SO2 0.001-0.01 ppm 0.02-2 ppm

CO2 310-330 ppm 350-700 ppm

CO <1 ppm  5-200 ppm

NOx 0.001-0.01 ppm 0.01-0.5 ppm

Hidrocarburos 1 ppm 1-20 ppm

Partículas 10-20 m g/m3 70-700 m g/m3

Aire limpio – aire contaminado

Normas de calidad de aireNormas de calidad de aire

Hasta la fecha las Normas, de calidad de aire y emisión, empleadas son las americanas o las recomendadas por la Organización Mundial de la Salud - OMS.

La sociedad Peruana PRO aire limpio y Gestión Ambiental – SPGAL, en vista que el Código del Medio Ambiente y Recursos Naturales, trae escasa mención sobre contaminación Atmosférica propuso a través de la Dirección General de Salud Ambiental - DIGESA un Reglamento de Control de la Contaminación Atmosférica que incluye Normas de Calidad de Aire

Estándares para el control de la Contaminación AtmosféricaEstándares para el control de la Contaminación Atmosférica

NOTA:(1): Se consideran los métodos de análisis equivalentes a aquellos ensayados por el Laboratorio de Contaminación Atmosférica, dependiente del Ministerio de Salud, que suministren respuestas igualmente válidas respecto de los métodos de referencia o equivalentes. (2): Dicho valor no puede ser sobrepasado más de una vez al año.

Indicador Unidad Estándar Tiempo Métodos de Análisis

Partículas en suspensión

ug/m2

75 Concentración media geométrica anual

Método gravimétrico de muestreador de alto volumen o equivalente (1)

260 Concentración media aritmética en 24 horas

 

150 Media aritmética diaria  

Anhídrido sulfuroso (SO2)

ug/m2

80 Concentración media aritmética anual

Método calorimétrico de la pararrosanilina o equivalente (1)

365 Concentración media aritmética durante 24 horas (2)

 

Monóxido de Carbono (CO)

ug/m2

10000 Concentración media aritmética máximo en 8 horas

Método de radiación infrarroja no dispersiva o equivalente (1)

40000 Concentración media aritmética de 1 hora (2)

 

Oxidantes Fotoquímicos (O3)

ug/m2 160 Concentración media aritmética de 1 hora (2)

Método de quimiluminiscencia o equivalente (1)

Dióxido de nitrógeno (NO2)

ug/m2 100 Concentración media aritmética anual

Método de quimiluminiscencia o equivalente (1)

Estándares de Emisión de Fuentes Fijas Estándares de Emisión de Fuentes Fijas

NOTAS: •Aplicable a los establecimientos cuyas emisoras emiten cantidades mayores o iguales a 3 toneladas diarias de anhídrido sulfuroso ó 1 tonelada diaria de material particulado. Además se aplica a toda fuente emisora de anhídrido sulfuroso o material particulado localizada en una zona saturada o latente según definición del mismo decreto.•La norma primaria tiene por objeto proteger la salud de la población. (1): Los valores referenciales para PM2.5 establecidos en el Reglamento de estándares Nacionales de Calidad Ambiental del Aire en el

Perú son 65 ug/m3 en 24 horas y 15 ug/m3 en un año. (2):Los estándares nacionales del Perú para PM10 son 150 ug/m3 en 24 horas (no debe ser excedido más de 3 veces al año) y 50 ug/m3 en un año(3): El estándar nacional de SO2 es de 365 ug/m3 en 24 horas y el promedio aritmético anual de 80 ug/m3. este valor no debe ser excedido más de una vez al año..

Normas Primarias de Calidad del Aire

Indicador Unidad Concentración Tiempo

Material particulado

respirable (PM2.5)ug/m3

15Concentración media aritmética anual (en un año) (1)

65Concentración media aritmética diaria (en 24 horas) (1)

Material particulado

respirable (PM10)ug/m3

50Concentración media aritmética anual (en un año) (2)

150Concentración media aritmética diaria (en 24 horas) (2)

Anhídrido sulfuroso (SO2)

ug/m3

80 Concentración media aritmética anual (3)

365 Concentración media aritmética diaria (3)

Plomo (Pb) ug/m3 1,5Promedio trimestral máximo en el año

Límites Máximos Permisibles para emisiones gaseosasR.M. N° 315-96-EM/VMM (19/julio/96)

Precisan los niveles de descarga de algunos elementos tales como anhídrido sulfuroso, partículas (sedimentables y en suspensión), plomo y arsénico a la atmósfera medida en los puntos de control.

Otros gases, tales como monóxido de carbono, ácido sulfídrico, óxidos de azufre, fluoruros y óxidos de nitrógeno permanecen sin parámetros de calidad debido a que los límites máximos permisibles no han sido definidos hasta la fecha.

LMP en el Perú y Guías del Banco Mundial para las emisiones LMP en el Perú y Guías del Banco Mundial para las emisiones al aire provenientes de las unidades minero metalúrgicasal aire provenientes de las unidades minero metalúrgicas

(mg/m(mg/m33))

NOTA: •a/ el LMP SO2, en el Perú se expresa en toneladas por día y depende del total de azufre que ingresa al proceso. Los valores oscilan entre 20 toneladas por día de emisiones máximas permitidas de SO2 para < 10 toneladas por día de azufre que ingresa al proceso, y 0.142 multiplicado por la cantidad de azufre que ingresa al proceso para mayor de 1500 toneladas por día de azufre que ingresa al proceso.Fuentes: Resolución Ministerial Nº 315-96-EM/VMM (19/07/96) y Banco mundial 1998.

ParámetroLMP en el

Perú

Guias del Banco Mundial

Fundición de Pb y Zn

Fundición de cobre

SO2 a/ 400 1000

Partículas 100 20 20

Plomo (Pb) 25 0.5 0.2

Arsénico 25 0.1 0.5

Cadmio _ 0.05 0.05

Cobre _ 0.5 1

Mercurio _ 0.05 0.05

Zinc _ 1 _

LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES

(R.M. 315-96-EM / 16-JUL-96)

Material Particulado : 100 mg/Nm3

Plomo : 25 mg/Nm3

Arsénico : 25 mg/Nm3

SO2 : 195 mt/d

LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES (LMP)LEGISLACIÓN PERUANA

Estándares Nacionales de Calidad Ambiental del AireDecreto Supremo No. 074 – 2001 - PCM

Los estándares primarios de calidad del aire considera los niveles de concentración máxima de los siguientes contaminantes del aire:

a) Dióxido de Azufre (SO2)b) Material Particulado con diámetro menor o igual a 10 micrómetros (PM- 10)c) Monóxido de Carbono (CO)

d) Dióxido de Nitrógeno (NO2)

e) Ozono (O3) f) Plomo (Pb)g) Sulfuro de hidrogeno (H2S)

Indicador PERIODO Estándar Tiempo Métodos de Análisis

PM-10

Anual 50 Media aritmética anual Separación inercial/filtración (Gravimetría)

24 horas 150 NE más 3 veces/año   Separación inercial/filtración (Gravimetría)

PlomoAnual 0.5 Método para PM-10

(Espectrofotometría de absorción atómica)

Mensual 1.5 NE más de 4 veces al año

Dióxido de Azufre

Anual 80 Media aritmética anual Florescencia UV (método automático)

24 horas 365 NE más de una vez al año

 Florescencia UV (método automático)

Monóxido de Carbono (CO)

8 horas 10000 Promedio móvil Infrarojo no dispersivo (NDIR) (método automático)

1 hora 30000 NE más de 1 vez año  Infrarojo no dispersivo (NDIR) (método automático)

Ozono 8 horas 120 NE más de 24 veces al año Fotometría UV (Método automático)

Sulfuro de Hidrógeno 24 horas Fluorescencia UV (método automático)

REGLAMENTO DE ESTANDARES NACIONALES DE CALIDAD AMBIENTAL DEL AIRE D.S. 074-2001-PCM

Normas nacionales de calidad del aire y valores referenciales para elPerú.

Contaminante Periodo Valores (µg/m3) Formato

Normas nacionales de calidad del aire

SO224 horas 365 No exceder más de una vez al año

Anual 80 Promedio aritmético

PM1024 horas 150 No exceder más de 3 veces por año

Anual 50 Promedio aritmético

CO1 hora 30,000 No exceder más de una vez por año

8 horas 10,000 Promedio variable

NO21 hora 200 No exceder más de 24 veces por año

Anual 100 Promedio aritmético

Ozono 8 horas 120 No exceder más de 24 veces por año

Plomo1 mes 1.5 No exceder más de 4 veces por año

Anual 0.5 Promedio aritmético

PM2.524 horas 65

Anual 15

Resumen de los resultados del estudio de plomo en la sangre, realizado por el Ministerio de Salud en La Oroya en1999

Niveles de plomo en la sangre-1(µg/dL)

Porcentaje y número de niños en ese nivel (total: 346 niños)

(%) Número

0 -10 0,9 3

10, 1 - 20 13,3 45

20,1 - 44 67,0 234

44,1 - 70 18,3 62

> 70 0,6 2

Niveles nacionales de alerta de salud de la calidad del aire para el Perú

Nivel de alerta

PM10 SO2 CO H2S

Atención-3> 250 µg/m3 24-

hora promedio

-3> 500 µg m3 for 3 horas

consecutivas

-3> 15,000 µg/m3 8-hora promedio

-3> 1,500 µg/m3 24-hora promedio

Peligro-3> 350 µg/m3 24-

hora promedio

-3> 1,500 µg m3 por 2 horas consecutivas

-3> 20,000 µg/m3 8-hora promedio

-3> 3,000 µg/m3 24-hora promedio

Emergencia-3> 420 µg/m3 24-

hora promedio

-3> 2,500 µg m3 por 90 minutos

consecutivos

-3> 35,000 µg/m3 8-hora promedio

-3> 5,000 µg/m3 24-hora promedio

Concentración

• CONCENTRACION ALTA • CONCENTRACION BAJA

Numero de moléculas del contaminante por volumen de aire (microgramos por metro cubico)

• •• •

.

Concepción de magnitud de masa

1 Kg 1 g

1 g 1 mg

1 mg 1 ug

DIFERENCIA ENTRE MEDICIONES DE EMISIONES Y CALIDAD DEL AIRE

EMISIONES

Se realizan en fuentes puntuales: Las chimeneas

CALIDAD DEL AIRE

Se realizan en el ambiente de la población

EMISION Y CALIDAD DEL AIRE

CASETA DE MUESTREO (EMISION)

LIMITES MAXIMO PERMISIBLE

ESTACION DE MONITOREO

ESTANDAR DE CALIDAD DEL AIRE

Fuentes contaminación del aire

Las emisiones de contaminantes naturales varían de un lugar a otro, con las condiciones estacionales, geológicas y meteorológicas y con el tipo de vegetación.

Las actividades humanas también pueden contribuir a crear condiciones que aumentan la proporción de contaminantes de fuentes naturales.

Las erupciones volcánicas presentan una fuente natural concentrada y localizada de todo tipo de gases y partículas, la energía de las erupciones volcánicas en muchos casos es suficiente para forzar el paso de gases y partículas pequeñas a través de las capas inferiores de la atmósfera hacia la estratosfera, donde los procesos naturales de eliminación son muy lentos. En consecuencia, estos contaminantes permanecen suspendidos en la atmósfera durante largos periodos.

Fuentes naturales

En las áreas residenciales las actividades domésticas son la causa principal de la emisión contaminantes. Las siguientes son unas cuantas actividades y tipos de contaminantes que emiten:

Fuentes domésticas

Actividad

Contaminantes emitidos

Calentamiento CO, CO2, NOx, hollín, humo (si se queman combustibles fósiles)

Cocina Grasas (como sólidos, líquidos y vapores), partículas, olores

LimpiezaVapores de disolventes, polvo, pelusa, propelentes de latas de aerosol

Jardinería Plaguicidas, fertilizantes (algunos pueden ser muy tóxicos)

Pintura Principalmente vapores de disolventes

Lavado de ropa Partículas de detergente y de jabón, pelusa

La quema de leña para calentamiento de espacios es una fuente particularmente intensa de PM10. Otra fuente de contaminación del aire, derivada de actividades domésticas y comerciales se asocia con la eliminación de residuos sólidos

Las fuentes comerciales de contaminación del aire incluyen las industrias de servicios públicos. Como ejemplo, considere la limpieza en seco de la ropa; casi todo el disolvente que se utiliza en el proceso se evapora hacia la atmósfera. El disolvente que se utiliza en casi todas las máquinas pequeñas de limpieza doméstica y comercial es el percloroetileno, un hidrocarburo clorado; en las máquinas industriales más grandes se utilizan hidrocarburos sencillos a causa de su menor costo.

Otros establecimientos o actividades comerciales que liberan contaminantes en la atmósfera incluyen restaurantes, hoteles, escuelas, la imprenta y la aplicación de pintura.

Fuentes comerciales

La preparación de alimentos origina la eliminación de 0,5 a 1 kg de residuos sólidos alimenticios. Se producen alrededor de 5 kg de residuos sólidos por cama de hospital diarios y 4 kg de residuos por grupo escolar.

… Fuentes comerciales

La cantidad de plástico de la cual es necesario deshacerse a causa de estas actividades continúa en aumento. Muchos de estos plásticos son hidrocarburos clorados que cuando se queman desprenden cloro, el cual se hidroliza rápidamente en la atmósfera a ácido clorhídrico, un contaminante muy corrosivo que también daña la vegetación sensible a concentraciones muy bajas y contribuye a la lluvia ácida

Las fuentes industriales de contaminación del aire son las más notorias porque en general las emisiones se descargan por una sola chimenea o conducto. Cualquier operación de combustión a alta temperatura produce óxidos de nitrógeno (NOx). Entre las fuentes de proceso están las plantas de fabricación de fertilizantes y explosivos. Los óxidos de azufre (SOx) principalmente se emiten como SO2 en la combustión de combustóleo y carbón en fuentes estacionarias.

Fuentes industriales

El azufre del gas natural normalmente se elimina en el pozo para que el gas se pueda utilizar en aplicaciones domésticas. Se emite una cantidad muy pequeña de SOx en la combustión de gasolina y combustibles diesel. Las fuentes de combustión también emiten pequeñas cantidades de SO3. La refinación de minerales sulfurados genera cantidades muy grandes de SO2. Las refinerías de petróleo también son fuentes importantes de SO2. Los óxidos de azufre reaccionan con el agua atmosférica para formar H2SO4 en cuestión de horas.

El trióxido de azufre también se combina con óxidos de la atmósfera para formar aerosoles sulfúricos, los cuales pueden llegar a constituir del 5 al 20% de la materia particulada total en suspensión (MPTS). Estos compuestos se transportan a grandes distancias y son constituyentes importantes de la precipitación ácida. Se emite monóxido de carbono en concentraciones altas en la producción de hierro colado y en otros procesos metalúrgicos donde es deseable reducir al mínimo la presencia de oxígeno, se desprenden grandes cantidades de compuestos orgánicos volátiles de una multitud de procesos industriales que por lo general tienen relación con las industrias del petróleo y del gas natural, o con industrias que utilizan sus productos.

… Fuentes industriales

Las emisiones de partícula industriales más grandes son la ceniza de la combustión de carbón, petróleo y basura, también las partículas de carbón de la combustión y procesamiento de combustibles fósiles e incluso del gas natural, y por último las partículas de cantería y minería y de industrias asociadas a ellas.

Si se consideran todas las categorías principales de fuentes antropogénicas combinadas, a excepción de la agricultura, el sector del transporte de nuestra economía genera alrededor de un tercio de las emisiones totales de COV, óxidos de nitrógeno y plomo, y más de dos tercios del monóxido de carbono. El CO y los COV (casi todos como hidrocarburos) son productos de una combustión ineficiente, los cuales se eliminarían quemando el combustible hasta CO2 y H2O en el motor del vehículo para producir potencia, si es posible (WARK, 1 990).

Fuentes relacionadas con el transporte

Control de la contaminación del aire

Las características físicas de las partículas influyen en los mecanismos de eliminación. Las partículas muy pequeñas rebotan con movimientos aleatorios como las moléculas de un gas, y si chocan con otras crecen por coagulación y se precipitan como partículas grandes. Aquellas con carga eléctrica crecen o se coagulan al atraer partículas con carga opuesta. Las partículas pequeñas, que actúan como núcleos, pueden caer dentro de una gota de lluvia, por otro lado, una gota de lluvia puede chocar con las partículas y recolectarlas durante su caída. Estos procesos se conocen como llovido y arrastre, respectivamente. Las partículas de hasta 100 um pueden chocar y adherirse a superficies como las de edificios, plantas y automóviles, para ser lavadas más tarde por la lluvia. Ciertos materiales son higroscópicos y crecen recolectando moléculas de agua de la atmósfera para convertirse en gotitas líquidas, las cuales continúan comportándose como partículas y se les describe como tales. Como consecuencia coagulación y el crecimiento durante el transporte, el tamaño de la partícula promedio en un aerosol urbano bien madurado es mayor que el correspondiente a un aerosol cercano al centro urbano.Los gases se pueden lavar de la atmósfera por precipitación (absorción), o adsorberse (depositarse) sobre partículas sólidas y eliminarse por gravedad. También reaccionan con otros gases o partículas de la atmósfera para formar compuestos nuevos que pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos. Por ejemplo, una serie de reacciones elementales que originan la eliminación del sulfuro de hidrógeno como materia particulada podría ser la siguiente:

2H2S + 3O2 2H2O + 2SO2 (ambos gaseosos)SO2 + H2O H2SO3 (vapor de ácido sulfuroso, o quizá una gotita líquida)H2SO3 + PbO PbSO4 + H2 (óxido de plomo y sulfato de plomo como sólidos e hidrógeno como gas)

Limpieza natural de la atmósfera

Control de la contaminación del aire

El objetivo del control para la contaminación del aire consiste en conservar una atmósfera en la cual los contaminantes no tengan un efecto negativo en las actividades humanas. Es obvio que la mejor manera de controlar la contaminación del aire es no producir los contaminantes. Por ejemplo, las emisiones de plomo de los automóviles se eliminan quemando combustibles sin plomo, y las emisiones de óxidos de nitrógeno por kilómetro recorrido se han reducido de manera significativa modificando el diseño de los motores. No sabemos cómo eliminar totalmente las emisiones de óxidos de nitrógeno de los motores de combustión interna, pero esto se podría conseguir si cambiamos nuestros medios de transporte. Una posible alternativa es desplazar la ubicación de las emisiones de óxidos de nitrógeno; por ejemplo, del tubo de escape del automóvil a la chimenea de una planta generadora de electricidad, utilizando vehículos impulsados por electricidad o hidrógeno.

Otras soluciones consisten en reducir las emisiones utilizando dispositivos complementarios. En el caso del automóvil, se utiliza un "cánister" (bote) de carbón para adsorber los vapores de hidrocarburos que se emiten desde el carburador y el tanque de gasolina. Los vapores se devuelven después al motor para quemarlos.

Se utiliza la dispersión planificada para controlar la calidad del aire cuando las emisiones no son controlables por medio de otras técnicas. Las emisiones desde chimeneas altas tienen más tiempo para dispersarse en la atmósfera antes de alcanzar el suelo, donde afectan a los humanos, los materiales y la vegetación.

Control de la calidad del aire

Control de la emisión de partículas

Las cámaras de sedimentación por gravedad son colectores sencillos y económicos en los cuales las fuerzas gravitatorias dominan el movimiento vertical de las partículas. Estos colectores son en esencia simples expansiones en un conducto, en ellos la velocidad horizontal de las partículas se reduce para dar tiempo a que se sedimenten por gravedad.

a) Cámaras de sedimentación por gravedad.

Quienes se ocupan del diseño de equipos para controlar la emisión de partículas deben estudiar las partículas que van desde el tamaño inferior a 1um hasta las mayores de 100um de diámetro. Las partículas más pequeñas son las más difíciles de recolectar. Los colectores se clasifican en términos amplios de acuerdo con los principios físicos del mecanismo de recolección.

Una expresión teórica de la eficiencia de este colector es:

Cámaras de sedimentación por gravedad.

Gas limpio

uH

Lgd

o

uH

Lu

ppg

tg

18exp1

exp1

2

Donde:ng: Eficiencia de separación, como fracciónut: Velocidad terminal de sed. Stokes.L: Longitud del colector (m)H: Profundidad del colector (m)u: Velocidad horizontal del gas y las partículas en el colector (m/s)

Un dispositivo sencillo que se utiliza extensamente para polvos relativamente gruesos y pulverizados burdos tales como el aserrín que se produce durante el labrado de la madera es el ciclón.

En el ciclón convencional, los gases sucios entran en una cámara cilíndrica a la cual se le ha adaptado una sección inferior cónica. Los gases giran hacia abajo y en el fondo del cono donde se ha fijado como accesorio una tolva, invierten su dirección mientras permanecen girando y al final salen a través de un conducto colocado al centro del ciclón.

Las partículas de polvo que han girado hacia abajo y hacia fuera debido al movimiento de la capa exterior de gases, terminan por depositarse en la tolva de abajo.

Respecto a la limpieza industrial del gas, los ciclones son más útiles para partículas que miden más de 10mm de diámetro; por debajo de este diámetro la eficiencia para un rendimiento razonable decae considerablemente.

b) Colectores Inerciales (Ciclones)

Colector de polvo ciclón simple que muestra el flujo de gas

En la práctica, se encuentra que la velocidad del gas varía en proporción aproximada con r-n, donde n varía entre 0,5 y 0,7.

La magnitud de la fuerza centrífuga FC es:

… (Ciclones)

rud

F

oru

mF

Tp

pC

TpC

23

2

6

Donde uT es la velocidad tangencial de la partícula y r es el radio de curvatura de la trayectoria de la partícula.Un examen de la ecuación nos indica que la eficiencia de separación de los colectores centrífugos aumenta:

• Directamente con el cubo del diámetro de la partícula (esto es, con gran rapidez con dp)

• Directamente con la densidad de la partícula (ρp)

• Directamente con el cuadrado de la velocidad tangencial uT de la partícula en el colector• Inversamente con el radio r de la trayectoria de la partícula

… (Ciclones)

Esta dependencia de la eficiencia de recolección del ciclón respecto al radio r ha dado origen a una terminología arbitraria del ramo, la cual identifica las unidades de diámetro grande como ciclones convencionales y las unidades cuyo diámetro D es menor de unos 15 cm como ciclones de alta eficiencia.

Una eficiencia de recolección típica para un ciclón de 1 m de diámetro podría ser de 50% para partículas de 20 µm; un ciclón de alta eficiencia podría tener una eficiencia de recolección ηc = 80% para dp > 10 µm. La caída de presión típica a través de un ciclón convencional es de 5 a 15 cm de agua, y dentro de un ciclón de alta eficiencia es de 10 a 30 cm de agua.

Los colectores húmedos, o lavadores, tienen por objeto aumentar el tamaño de partícula por medio de agua o de gotitas de suspensión, porque es más fácil recolectar las partículas más grandes. Existen diferentes diseños de lavadores, pero aquí examinaremos sólo dos tipos: los lavadores convencionales y los Venturi.

c) Colectores húmedos

Gotas de agua con partículas

Extracción adicional de

gotas líquidas

Agua que contiene

partículas

Absorbedor o lavador

Colector húmedo. El agua se atomiza en una regadera que absorbe impurezas

… Colectores húmedos

Lavador Venturi

Corriente de gas con partículas

Agua líquida inyectada en la

corriente de gas a alta velocidad

Extractor de neblinaColector de gotas

Líquido con partículas

Los colectores de tela o de cámara de sacos son similares a una aspiradora en gran escala. Estos equipos se utilizan para extraer partículas secas de corrientes gaseosas secas y a baja temperatura (de 0 a 275°C). Se suspenden medias de tela de 15 a 30 cm de diámetro y de hasta 10 m de largo en una cámara, y el aire que se fuerza a pasar por la media se descarga a través de la tela. La tela puede ser tejida o hecha de fieltro, pero la tela tejida es con mucho la más común. La tela se hace de materiales como algodón, fibras sintéticas y fibra de vidrio, cada uno de los cuales se adapta en distinto grado a la temperatura del gas y las partículas, y a sus características físicas y químicas

d) Colectores de tela y de esterilla fibrosa

Típica cámara de sacos (sencilla) con sacudimiento mecánico.

La diferencia de voltaje (intensidad de campo) entre el electro y las placas colectoras se mantiene a un nivel tan alto como es posible, aunque abajo de la intensidad de campo a la cual se produce el salto de la chispa. Se desprenden electrones en electrodo en una descarga en corona, los cuales se adhieren a las partículas y las dotan de carga. Las partículas o moléculas con carga (iones) de la misma polaridad que el electrodo emigran hacia las superficies conectadas a tierra en virtud de fuerzas electrostáticas. Se pueden utilizar electrodos con carga positiva o negativa. La corona negativa genera una cantidad poco mayor de O2 y es algo más eficaz para operaciones industriales.

e) Precipitadores electrostáticos

Precipitador electrostático. Las partículas sólidas adquieren carga eléctrica y "se pegan" a la pared

Los iones que migran chocan con las partículas líquidas o sólidas de la corriente gaseosa y les confieren una carga que origina el movimiento de las partículas hacia las placas colectoras. La fuerza que actúa sobre la partícula es:

FE = qpEc

Donde:• FE = fuerza electrostática que actúa sobre la partícula• qp = carga de la partícula [un valor representativo es 0,3 x 10-15 coulombs C] • Ec = intensidad del campo eléctrico (un valor representativo es 10 000 V/cm)

El área de superficie de un colector típico es alrededor de 250 m2 por m3/s de gasto de gas, aunque este valor varía de manera significativa de acuerdo con las características del gas y de las partículas para una eficiencia de rendimiento dada. Unas dimensiones de placa representativas serían de 13 m x 20 m, con una separación entre placas de 30 a 40 cm.

…. Precipitadores electrostáticos

La ecuación de Deutsch para la eficiencia de un precipitador electrostático de placas es:

… Precipitadores electrostáticos

HDuHLue

E

2exp1

Donde:• ue: velocidad terminal de migración de la partícula, m/s (los valores típicos

son de 0,03 a 0,30 m/s)• H: altura de la placa colectora (m)• L: longitud de la placa colectora (m) • D: distancia entre las placas colectoras (m)• U: velocidad del gas y de las partículas en el precipitador (m/s; típicamente

de 0,50 a 2,50 m/s)y el factor 2 corresponde a la recolección en ambos lados de las placas. Obsérvese que Hdu = Q, el gasto volumétrico de gas a través del colector en m3/s.

Predicción de concentraciones de contaminantes en el aire

Meteorología de la Contaminación del Aire

Velocidad del Viento¿PORQUE ES IMPORTANTE?

• Cuanto mayor la velocidad del viento, menor la concentración del contaminante

VELOCIDAD DE EMISION

VIENTO : 6 m/seg

Velocidad del Viento CARACTERÍSTICAS BÁSICAS

• Velocidad del viento es cero al nivel del suelo

• Velocidad del viento aumenta con la altura

• Varía al fluir alrededor de obstáculosp

nn

Zuu

1010

Donde:

p = exponente que depende de la estabilidad atmosférica y el carácter de la superficie subyacente (varía desde aprox. 0,1 a 0,4 al pasar de una atmósfera inestable a una estable)

Velocidad del VientoEFECTO SOBRE LOS CONTAMINANTES

• BAJA– Poca dispersión de

gases y partículas

– Menos re-suspensión de partículas

– Menos potencial de dispersar residuos

• ALTA– Buena dispersión de

gases y partículas (polvo)

– Mayor re-suspensión de partículas

– Mayor potencial de dispersar residuos

Velocidad del VientoEFECTOS DE VELOCIDADES BAJAS

En una condición de vientos suaves, los gases calientes en la pluma pueden crear una circulación que puede causar que la contaminación circule en un bucle hasta el nivel del suelo a una cierta distancia de la fuente

Dirección del Viento ¿PORQUE ES IMPORTANTE?

• Si el viento no sopla hacia un cierto receptor, no habrá problemas en ese receptor

PERO

• El viento sopla en cada dirección parte del tiempo

Dirección del Viento CARACTERÍSTICAS BÁSICAS

• En cada lugar hay direcciones de viento prevalentes

• Se basa en observaciones de superficie – las plumas generalmente viajan en lo alto

• Se reporta como la dirección DESDE donde sopla el viento.

Temperatura¿PORQUE ES IMPORTANTE?

• La temperatura controla la actividad en la atmósfera

• La temperatura controla como se comportará una pluma de contaminantes

• La temperatura controla que tan rápido ocurrirán las reacciones químicas atmosféricas

TemperaturaCARACTERISTICAS BASICAS

• VARIACIÓN CON ALTURA

– Relaciones con la superficie son importantes

– Normalmente la temperatura baja 1 grado Celsius por cada 100 m de altura sobre el suelo

– La tasa de cambio de la temperatura determina la estabilidad de la atmósfera

• CERCA A LA SUPERFICIE

– Alta• Tasas de reacción más

rápidas• La superficie se seca

– Baja• Tasas de reacción más lentas• Humedad permnece en la

superficie o se congela (sellando la superficie)

Precipitación¿PORQUE ES IMPORTANTE?

• Puede remover los contaminantes del aire

• Puede prevenir muy efectivamente la emisiones de partículas desde el suelo

PrecipitaciónCARACTERÍSTICAS BÁSICAS

• MUCHA– La superficie esta

saturada (sellada)

– Limpia la contaminación del aire

– Se aumenta la velocidad de reacción subterranea en los rellenos sanitarios

OCURRE EN DIRECCIONES PREFERENCIALES

• MUY POCA– La surperficie es seca

– No limpia muy bien la contaminación del aire

– La velocidad de reacción subterránea en rellenos sanitarios es casi normal

Turbulencia¿PORQUE ES IMPORTANTE?

• Controla la dilución con aire de la pluma de contaminantes

• Controla la estructura de la pluma de contaminantes

TurbulenciaORIGEN Y ESCALA

• ORIGEN– Mecánica

– Térmica

• ESCALA– Pequeña

– Grande

• CATEGORÍAS– Fijadas por Pasquill y

Gifford

TurbulenciaTIPOS

• TÉRMICA– El calor de la

superficie terrestre calienta el aire que esta sobre la superficie provocando que se levante

– Máxima en las primeras horas de la tarde

– Mínima al amanecer

• MECÁNICA– Provocada por los

cambios de velocidad del viento cerca a la tierra en su afan de evitar obstaculos

– La fuerza depende de la velocidad del viento y de la aspereza de la superficie

La Realidad de la Turbulencia

MECÁNICAvs. TÉRMICA

Estabilidad¿QUE ES?

• En términos simples, la estabilidad de la atmósfera es la tendencia a resistir o aumentar el movimiento vertical, o alternativamente, a suprimir o incrementar la turbulencia existente

• La reducción de la temperatura con la altura se llama TASA DE LAPSO– Es una medida de la capacidad de dispersión de la

atmósfera

– Normalmente hay un cambio de 1 grado C por cada 100 metros en elevación

EstabilidadCATEGORÍAS BÁSICAS

• Inestable (mañanas soleadas)

• Neutral (nublado, ventoso, tardes soleadas)

• Estable (noche, cielo claro, vientos suaves, primeras horas de la mañana)

AIRE CALIENTE

AIRE FRIO

AIRE MAS FRIO

ALTITUD

0

0

TEMPERATURA

AIRE CALIENTE

AIRE FRIO

AIRE MAS FRIO

ALTITUD

0

0

TEMPERATURA

INVERSION TERMICA

La atmosfera inestable permite que los gases emitidos se disipen en la atmosfera alta

En una atmosfera estable, la CAPA DE INVERSION impide la evacuación de gases

Estabilidad¿PORQUE ES IMPORTANTE?

• Controla como se comporta la pluma

• Controla que tan rápido se esparce la pluma

• Puede prevenir que la pluma se levante, y por tanto aumenta la concentración cerca del suelo

• Puede aislar la pluma respecto de la superficie, y así reducir la concentración de contaminantes cerca del suelo

Altura de Mezcla¿QUE ES?

• La tierra emite rayos infrarrojos

• En una noche clara sin nubes, hay una pérdida neta de calor en la superficie lo que enfría el aire formando una inversión nocturna.

• La capa entre la superficie y la inversión es lo que se llama “capa de mezcla”

Altura de Mezcla ¿PORQUE ES IMPORTANTE?

• Los contaminantes se mezclan dentro de esta capa • La distancia desde la superficie a lo alto de esta

capa se llama “altura de mezcla”• Cuanto mayor sea la altura de esta capa, mayor es

el volumen de aire disponible dentro del cual los contaminantes se pueden mezclar

• Si la pluma es atrapada, cuanto mas baja sea la altura de mezcla mayor sera la concentración

Altura de Mezcla CARACTERÍSTICAS BÁSICAS

• Se crea una inversión nocturna estable cuando se enfría el aire en la superficie de la tierra en la noche

• En la mañana, la radiación solar calienta la superficie y las turbulencias termales destruyen la capa de inversión estable

• Alrededor de medio día se forma una capa bien mezclada con una tasa de lapso super-adiabática (una capa inestable)

Comportamiento de la Pluma

ASCENSOS TIPICOS DE LA PLUMA

Comportamiento de la Pluma AERODINÁMICAS DE CHIMENEAS

Estabilidad y comportamiento de la pluma

La pluma de espiral de la figura, se produce en condiciones muy inestables debido a la turbulencia causada por el acelerado giro del aire. Mientras las condiciones inestables generalmente son favorables para la dispersión de los contaminantes, algunas veces se pueden producir altas concentraciones momentáneas en el nivel del suelo si los espirales de la pluma se mueven hacia la superficie.

Estabilidad y comportamiento de la pluma

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

Estabilidad y comportamiento de la pluma

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

Estabilidad y comportamiento de la pluma

Cuando las condiciones son inestables sobre una inversión (figura), la descarga de una pluma sobre esta da lugar a una dispersión efectiva sin concentraciones notorias en el nivel del suelo alrededor de la fuente. Esta condición se conoce como flotación.

Estabilidad y comportamiento de la pluma

Si la pluma se libera justo debajo de una capa de inversión, es probable que se desarrolle una grave situación de contaminación del aire. Ya que el suelo se calienta durante la mañana, el aire que se encuentra debajo de la mencionada capa se vuelve inestable. Cuando la inestabilidad alcanza el nivel de la pluma entrampada bajo la capa de inversión, los contaminantes se pueden transportar rápidamente hacia abajo hasta llegar al suelo (figura). Este fenómeno se conoce como fumigación.

Predicción de concentraciones de contaminantes en el aire

Modelos de dispersión y ascensión de gases y/o vapores en la atmósfera:

fuentes puntuales continuas

Modelos de dispersión/ IntroducciónUna de las características principales que condiciona la evolución de un gas/vapor en la atmósfera es su densidad, distinguiéndose tres posibilidades:

Gases ligeros. Densidad inferior a la del aire.Gases pasivos o neutros. Densidad similar a la del aire. Gases pesados. Densidad mayor que la del aire.

A efectos prácticos no se puede hablar, en la mayoría de los casos, de un comportamiento puro de gas ligero neutro o pesado, ya que los factores que influyen en él son múltiples y variables en el tiempo y una mezcla gas/aire puede evolucionar como un gas pesado sin serlo debido a:

Peso molecular del gas. Temperatura del gas. Temperatura y humedad del aire ambiente. Presencia de gotas líquidas arrastradas en la emisión. Reacciones químicas en la nube, etc.

Otra característica es la duración del escape, que puede da lugar a:

Escapes instantáneos formando una bocanada ("puf"). Escapes continuos sin depender del tiempo, formando un penacho ("plume"). Escapes continuos dependiendo del tiempo.

El modelo gaussiano de fuente puntual continua supone como hipótesis de partida que las concentraciones de contaminante en cualquier punto considerado viento abajo están estabilizadas y no dependen del tiempo. Este modelo describe el comportamiento de los gases/vapores de fuerza ascensional neutra, dispersados en la dirección del viento y arrastrados a la misma velocidad.

Respecto a los gases pesados una configuración típica de un escape a nivel del suelo se muestra en la figura:

Fig. 1: Desarrollo y dispersión de una nube de gas pesado

Descripción del modelo

El fundamento para el modelo de Pasquill-Gifford es una dispersión gaussiana en los ejes horizontal y vertical (figuras 1 y 2). La fórmula normalizada para la dispersión de una fuente puntual elevada es:

Siendo:C = Concentración en el punto x, y, z (kg/m3) G = Intensidad de la emisión (kg/s) H = Altura de la fuente emisora sobre el nivel del suelo más la elevación

del penacho (m). σy, σz = Coeficientes de dispersión (m). u = Velocidad del viento (m/s).

Fig. 2: Sistema de coordenadas y geometría básica de la ecuación gaussiana del penacho

La utilización de esta fórmula está limitada a distancias entre 100 m y 10 km y es aplicable para cortos períodos de tiempo, hasta unos diez minutos, que es el tiempo promedio o tiempo de muestreo normalizado. Para períodos de tiempo superiores a diez minutos, la concentración viento abajo de la fuente de emisión es en cierta manera inferior, debido a la alteración de la dirección del viento.

Fig. 3: Los tres términos de la ecuación gaussiana del penacho: concentración en el eje central y términos vertical y lateral

Estimación de la elevación del penacho

La elevación del penacho (δh) se define como la diferencia entre la altura de la línea central final del penacho y la altura inicial de la fuente. Esta elevación está originada por la fuerza ascensional y el impulso vertical del efluente.

La temperatura de salida del efluente en el caso de que supere en más de 50 ºC la temperatura ambiental, tiene mayor influencia que el impulso vertical en la determinación de la altura que alcanzará el penacho.

Como regla general la elevación del penacho es directamente proporcional al contenido calorífico del efluente y a la velocidad de salida del mismo, e inversamente proporcional a la velocidad local del viento.

Una de las fórmulas más empleadas para el cálculo de esta elevación es la de Holland:

Siendo: δh = Elevación del penacho por encima de la fuente emisora (m) Vs = Velocidad de salida del contaminante (m/s) d = Diámetro interior del conducto de emisión (m) u = Velocidad del viento (m/s) P = Presión atmosférica (mbar) Ts = Temperatura del contaminante (K) Ta = Temperatura ambiente atmosférica (K) 2,68.10-3 es una constante expresada en mbar-1 m-1

Los valores de δh obtenidos con esta fórmula deben corregirse (tabla 1) multiplicando por un factor, establecido por Pasquill-Gifford-Turner, que es función de las condiciones meteorológicas, que se describen más adelante.

Tabla 1

Factores que influyen en la dispersión del penacho

Las condiciones meteorológicas y la duración del escape tiene una gran importancia en el alcance de la dispersión del penacho. Los factores principales son: la velocidad del viento y la estabilidad atmosférica.

La estabilidad atmosférica viene definida en función del gradiente vertical de temperatura de las capas del aire.

Los datos de velocidad del viento y estabilidad atmosférica, siempre que sea posible, deben obtenerse de estaciones meteorológicas locales. Dado que no siempre es posible disponer de esta información, a través de una tabla establecida por Pasquill (Tabla 2) puede obtenerse la categoría de estabilidad atmosférica estimada según las condiciones de insolación y velocidad del viento.

Tabla 2: Condiciones de estabilidad meteorológica de Pasquill

La velocidad del viento se acostumbra a medir a 10 metros de altura. Esta velocidad, a niveles más bajos de 10 metros, se ve reducida notablemente debido a los efectos de rozamiento. Para niveles distintos de este valor, la velocidad del viento debe corregirse según la relación

Siendo: uz = Velocidad del viento a la

altura de la fuente emisora (m/s)

u10 = Velocidad del viento a la altura de 10 m (m/s)

z = Altura de la fuente emisora (m)

p = Coeficiente exponencial Los valores de p son función de la estabilidad atmosférica y la rugosidad del suelo.

En la tabla 3 se presentan tales valores.

Tabla 3: Coeficientes de corrección de la velocidad del viento

Coeficientes de dispersión

Los parámetros σy y σz son las desviaciones tipo en las direcciones lateral y vertical respectivamente, que representan una medida de la dispersión del penacho en dichas direcciones. Tales parámetros son función de la distancia a la fuente emisora viento abajo y de la clase (categoría) de estabilidad atmosférica.

Estos coeficientes se suelen presentar en forma gráfica o pueden calcularse según fórmulas empíricas. Diferentes autores llegan a expresiones que difieren ligeramente.

En las figuras 4 y 5 se muestran unos gráficos ampliamente utilizados para obtener las σy y σz, obtenidos a partir de las fórmulas de Turner.

Estos gráficos indican que para una determinada distancia viento abajo de la fuente de emisión, la amplitud del penacho es máxima cuando la inestabilidad atmosférica es también máxima y es mínima cuando la atmósfera es muy estable.

Fig. 4: Coeficiente de dispersión

lateral σy según distancia y

categoría de estabilidad atmosférica

Fig. 5: Coeficiente de dispersión

vertical σz según distancia y

categoría de estabilidad atmosférica

Los valores obtenidos por estos gráficos o por las fórmulas que han dado lugar a ellos, solamente son aplicables en campo abierto y debe tenerse en cuenta que en condiciones inestables (A) y estables (F) se pueden cometer errores de varias veces en la estimación de σz. Para condiciones de estabilidad intermedias entre las anteriores, la estimación de σz se puede esperar que como máximo, se desvíe al doble del valor estimado por los gráficos