curso de aire

CONTAMINANTES PRIMARIOS Y SECUNDARIOS TEMA:

CURSO: ANALISIS YCONTROL DE CONTAMINACION

ATMOSFERICA

SMITH, ROBERT y SMITH, THOMAS.

Ecologa. Pearson Educacin S.A.

Madrid, Espaa. (2001)

ING. SALVADOR ORTEGA SILVA

FACULTAD DE INGENIERIA AMBIENTAL

2.1. CONTAMINACION NATURAL DEL AIRE

Bajo condiciones naturales, el aire puede contaminarse debido a

fenmenos naturales, como:

1. Erupciones volcnicas: constituyen una de las principales

causas naturales de contaminacin del aire. Los materiales que

son expelidos a la atmsfera durante la erupcin, pueden ser

gaseosos, lquidos y/o slidos.

Entre los productos gaseosos arrojados, los ms importantes son

el hidrgeno, el dixido de carbono, el metano, y diversos gases

que contienen azufre, cloro y flor.

Son lanzadas de vapor de agua que, al condensarse, originan

precipitaciones. Esta agua de lluvia, arrasa con toda la

vegetacin existente y deja estriles los suelos.


Los materiales lquidos, que alcanzan temperaturas hasta de

1.500 C. La lava desciende por laderas y valles formando

verdaderos ros que se solidifican en su recorrido y daan

seriamente los cultivos y la vegetacin en general.

2. Corrientes de vientos: Las tormentas, movilizan grandes

cantidades de polvo que se mantiene suspendido en el aire. Con

la llegada de la primavera, la atmsfera se convierte en un medio

de transporte de polen, semillas y esporas que, en algunas

ocasiones, producen afecciones alrgicas.

3. Incendios forestales que se producen en forma natural: son

otra causa de contaminacin del aire, especialmente por las altas

concentraciones de monxido y dixido de carbono, humo, polvo

y cenizas.


Los materiales lquidos, que alcanzan temperaturas hasta de

1.500 C. La lava desciende por laderas y valles formando

verdaderos ros que se solidifican en su recorrido y daan

seriamente los cultivos y la vegetacin en general.


2. Corrientes de vientos: Las tormentas, movilizan grandes

cantidades de polvo que se mantiene suspendido en el aire. Con

la llegada de la primavera, la atmsfera se convierte en un medio

de transporte de polen, semillas y esporas que, en algunas

ocasiones, producen afecciones alrgicas.

3. Incendios forestales que se producen en forma natural: son

otra causa de contaminacin

del aire, especialmente

por las altas

concentraciones de

monxido y dixido de

carbono, humo, polvo

y cenizas.

2.2. CONTAMINACION ARTIFICIAL DEL AIRE

Anualmente, miles de millones de toneladas de contaminantes

son liberados a la atmsfera como subproducto de las

actividades industriales y domsticas, del funcionamiento de

vehculos, sistemas de calefaccin o de otras fuentes, todo lo

cual causa un impacto negativo en el medio ambiente. Se

distinguen dos niveles de contaminacin artificial del aire:

A. Contaminacin primaria

Es aqulla que altera la composicin de la atmsfera desde

fuentes directas, como las industrias, los hogares y el transporte.

Se produce por los procesos de combustin del carbn, de

la madera, del gas metano y de derivados del petrleo, como

la bencina y la parafina, en que se liberan gases y pequeas

partculas slidas que se mezclan con los gases

atmosfricos.



Cuando se logra una combustin

perfecta, el combustible reacciona

completamente con el oxgeno

del aire para producir dixido

de carbono gaseoso, vapor de agua, calor y luz.

Las temperaturas demasiado altas o bajas en que ocurren las

combustiones, el oxgeno presente y las impurezas propias de

los combustibles, son los causantes de la formacin de

subproductos no deseados, tales como el monxido de carbono

(CO), xidos de azufre (SOX), xidos de nitrgeno (NOx),

hidrocarburos parcialmente quemados (HC) y partculas slidas,

todos ellos contaminantes del aire.



No obstante, las temperaturas demasiado altas o bajas en que

ocurren las combustiones, la cantidad de oxgeno presente y las

impurezas propias de los combustibles, son los causantes de la

formacin de subproductos no deseados, tales como el

monxido de carbono (CO), xidos de azufre (SOX), xidos de

nitrgeno (NOx), hidrocarburos parcialmente quemados (HC) y

partculas slidas, todos ellos contaminantes del aire.


B. Contaminacin secundaria

Se denomina as al cambio de la composicin natural de la

atmsfera, debido a las transformaciones fsicas y qumicas que

experimentan los contaminantes primarios al reaccionar con los

gases presentes en el aire.

Acido Sulfrico:

Se forma y reacciona:

SO2 + O2 ---- SO3

SO3 + H2O --- H2SO4



El smog fotoqumico es un tipo de contaminacin secundaria,

que se forma por la reaccin entre los hidrocarburos

parcialmente quemados y los xidos de nitrgeno en presencia

de la radiacin solar. Un producto de esta transformacin es el

ozono, que a nivel terrestre resulta altamente txico.

Acido Ntrico,

que se forma segn la reaccin:

NO2 + H2O --- HNO2 + HNO3

HNO2 --- HNO3 + NO



El efecto invernadero es el aumento en la temperatura promedio

de la superficie de la Tierra y en la parte ms baja de la

atmsfera.

La lluvia cida es un tercer tipo de contaminacin

secundaria. Corresponde a la presencia de cidos en las

precipitaciones, como producto de la reaccin entre los xidos de

azufre y de nitrgeno contaminantes con el agua de lluvia. El

deterioro de la capa de ozono es tambin el resultado de la

transformacin de los contaminantes en el aire.



El efecto invernadero

Es el aumento en la temperatura promedio

de la superficie de la Tierra y en la parte

ms baja de la atmsfera.

La lluvia cida es un tercer tipo de contaminacin

secundaria. Corresponde a la presencia de cidos en las

precipitaciones, como producto de la reaccin entre los xidos de

azufre y de nitrgeno contaminantes con el agua de lluvia. El

deterioro de la capa de ozono es tambin el resultado de la

transformacin de los contaminantes en el aire.

2.3. EFECTO DE LA CONTAMINACION DEL AIRE

A. Efectos en la Salud Humana



La contaminacin atmosfrica afecta la salud a nivel de los

sistemas respiratorio, cardiovascular y nervioso.

Cuando una persona respira monxido de carbono, como en

una carretera con alto trfico, la funcin normal del transporte de

oxgeno se ve disminuida y la persona puede sentir los sntomas

caractersticos de la privacin de oxgeno: disminucin de las

funciones motoras, mareo, nuseas, dolor de cabeza, fatiga y

somnolencia.

La intoxicacin con monxido de carbono es reversible, excepto

en los casos severos, en la mayora de los casos basta con

administrar oxgeno puro, o bien proporcionar respiracin

artificial para reanimar a la persona en camino a un centro

asistencial.



Los gases contaminantes que contienen azufre corresponden a

un grupo de compuestos que se caracterizan por ser irritantes y

por producir olores desagradables. Un ejemplo es el sulfuro de

hidrgeno (H2S), que se produce en el proceso de putrefaccin

de materia orgnica o como producto de la digestin animal y de

las erupciones volcnicas.

El dixido de azufre (SO2), que llega al aire por la quema de

carbn. Es un gas altamente contaminante que produce

irritacin en las mucosas del aparato respiratorio, y ocasiona tos

y picazn en la garganta y en los ojos.



Los gases contaminantes que contienen nitrgeno,

especialmente el monxido de nitrgeno (NO) y el dixido de

nitrgeno (NO2), se caracterizan por un olor desagradable y

pueden producir desde una irritacin moderada de las mucosas

respiratorias hasta una congestin pulmonar severa.

Los hidrocarburos, compuestos formados por hidrgeno y

carbono, tambin se originan en la combustin de aceites y

gasolinas. Algunos de ellos, como el benzopireno, son

reconocidos como agentes cancergenos; es decir, que producen

cncer, fundamentalmente de bronquios, esfago, vejiga y

pncreas; otros son irritantes y malolientes; y un tercer grupo, es

capaz de reaccionar qumicamente en el aire, debido a la accin

de la luz solar, y de producir otros contaminantes altamente

txicos.


B. Efectos Sobre el Ecosistema

Necrosis foliar en hoja de tabaco a causa de la contaminacin con ozono.


B. Efectos Sobre el Ecosistema

La contaminacin atmosfrica produce daos en la flora y la

fauna. Cuando la conocida lluvia cida cae y se acumula en los

lagos y ros, produce la muerte de los animales acuticos, afecta

el crecimiento de las plantas y origina la muerte de numerosas

especies vegetales en los bosques y praderas.

Esta prdida, a su vez, promueve la erosin de los suelos y el

aumento de las tierras infrtiles.

2.4. CONSERVACION DEL RECURSO AIRE

Existen evidencias claras de los perjuicios que causa la

contaminacin del aire y que afectan directamente nuestro

bienestar.

Es necesario considerar algunas acciones de orden

cotidiano que contribuyen a la conservacin del aire:

1. Evitar el uso de aerosoles que contengan gases propulsores

clorofluorocarbonados (CFC).

2. No usar calefactores a lea durante los das de invierno, en

que prevalece una alta humedad ambiental o un alto ndice de

contaminacin.

3. No quemar basura ni hojas.

4. Promover la pavimentacin de calles y caminos de tierra en

zonas altamente pobladas.




5. Mantener el automvil en buenas condiciones, controlando

regularmente la emisin de gases por los escapes.

6. Utilizar combustibles de buena calidad.

7. Barrer sin levantar polvo; para ello, rociar con agua las

superficies antes de limpiarlas.

8. Al salir de paseo, ubicar las fogatas y braseros en lugares de

mxima seguridad. Antes de retirarse, asegurarse que se hayan

extinguido totalmente y as evitar posibles incendios.

9. Apoyar las acciones fiscalizadoras que regulan el

funcionamiento de las industrias y los vehculos de locomocin

colectiva para que la emisin de gases no exceda los ndices

aceptables.




10. Denunciar a los contaminadores. La mayora de las

municipalidades cuenta con un Departamento de Higiene

Ambiental donde se reciben las denuncias de la ciudadana.

11. Apoyar, en tu localidad, las medidas para la instalacin de

ciclovas, que incentivan y hacen segura la movilizacin en

bicicleta.

12. Apoyar campaas de arborizacin en los sectores

desprovistos de cubierta vegetal. Recuerda que una de las

finalidades de la fotosntesis, el proceso vital de las plantas, es

mantener la cantidad de oxgeno en el aire.

CONTAMINANTES DEL AIRE

Calor Emitido

Atmsfera

Calor Reflejado

Vapor de Agua

CO2

CH4

Otros Gases

NOX

SOX

CFCs

2.5. PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AIRE


1. DIOXIDO DE CARBONO (C02)

La principal fuente de emisin de (CO2) a la atmsfera es la quema

de combustibles fsiles y biomasa (gas natural, petrleo,

combustibles, lea) en procesos industriales, transporte, y

actividades domiciliarias (cocina y calefaccin).

La concentracin del CO2 atmosfrico subi desde 280 ppm en el

periodo 1000 - 1750, a 368 ppm en el ao 2000, un incremento

porcentual de 31%. La concentracin actual es mayor que ocurrida

durante cualquier periodo en los ltimos 420.000 aos.

El carbn es el cuarto elemento de mayor abundancia en el

universo y esencial para la vida terrestre. Se encuentra en diversas

formas como en el gas (CO2), y en slidos como la caliza (CaCO3),

la madera, plstico, diamantes y grafito.


1. DIOXIDO DE CARBONO (C02): El Ciclo Carbnico Biolgico:

La Tierra depende de la produccin de azcares de la luz solar y

del dixido de carbn (fotosntesis) y del desgaste metablico

(respiracin) de esos azcares para producir la energa necesaria

para el movimiento, crecimiento y reproduccin.

Fotosntesis:

energa (luz solar) + 6CO2 + H2O ----- C6H12O6 (glucosa) + 6O2


Conversin de unidades: Relacin entre g/m3, ppm, y volumen (%):

Para gases en general : CO, CO2, N2, SOx, NH3, H, He; etc.

g/m3 = ppm peso molecular 1000 (de 25C a mas y 1 atm .. A)

24.5

g/m3 = ppm peso molecular 1000 (de 0C a 25C y 1 atm ...B) 22.41

1 % volumen = 104 ppm

Reflexin:

La norma de calidad del aire ambiental en el Per, es de 10 000 g/m3


Ejercicio 1: Emisin Dixido de Carbono CO2

El gas que se libera de un automvil por el tubo de escape contiene 1.4

volmenes de CO. Cul es la concentracin de CO expresado en g/m3 a 25C y 1 atm de presin e indicar si supera o cumple la normativa Peruana de emisin de CO?

Conversin de unidades: Relacin entre g/m3, ppm, y volumen (%):

g/m3 = ppm peso molecular 1000 ( a 25C y 1 atm .. A) 24.5

1 % volumen = 104 ppm

Solucin:


2. METANO (CH4)

La principal fuente natural de

produccin de CH4 son los

pantanos. El CH4 se produce

tambin en la descomposicin

anaerbica de la basura en los

rellenos sanitarios; en el cultivo

de arroz, en la descomposicin fecales de animales; en la

produccin y distribucin de gas y combustibles; y en la combustin

incompleta de combustibles fsiles.

Se estima que su concentracin aument entre 700 ppb en el

periodo 1000 - 1750 y 1750 ppb en el ao 2000, con un aumento

porcentual del 151% (incertidumbre de +/- 25%)


3. DIOXIDO DE NITROGENO (NO2)

El aumento del NO2 en la

atmsfera se deriva parcialmente

del uso creciente de fertilizantes

nitrogenados. El NO2 tambin

aparece como sub-producto de

la quema de combustibles

fsiles y biomasa, y asociado

a diversas actividades industriales (produccin de nylon, produccin

de cido ntrico y emisiones vehiculares).

Un 60% de la emisin de origen antropognico se concentra en el

Hemisferio Norte. Se estima que la concentracin de NO2

atmosfrico creci entre 270 ppb en el periodo 1000 - 1750, a 316

ppb en el ao 2000 (un 17 +/-5% de aumento)


Ejercicio 2: Concentracin de Ozono

La concentracin de ozono es 150 mg/m3 en una estacin urbana

de monitoreo. Determinar si esta concentracin excede el valor

permitido encontrado en las normas de calidad del aire.

Solucin:

El valor de la norma establece concentraciones menores de 0.06125 ppm

de O3, para: (tiempo muestreo 8h). a 25C y 1 atm de presin.


Velocidad de cada de partculas en el aire PM 10 PM 2.5

Para determine la velocidad de asentamiento de partculas suspendidas

en el aire, las cuales son consideradas en m (micra) a temperatura

ambiente. Las Partculas en suspensin varan entre 1 a 20 m y

permanecen en la atmsfera largos perodos, y es calculada por la ley de

STOKES:

x x 1000

Donde:

V t = velocidad final de asentamiento, m/s

g = aceleracin de la gravedad, 9.81 m/s2

p = densidad de la partcula, Kg./m3 a = densidad del aire, aprox. (Ver tabla 2) Kg./m3 a nivel del mar d p = dimetro de la partcula, m. (van de 1 a 20 m ) = viscosidad del aire, (Ver tabla N 1) Kg./m.s (a 27 o C) (variara en

funcin de la temperatura)

TABLA: VISCOCIDAD DEL AIRE VS T

Temperatura Viscosidad Desnsidad

Celsius (Kg/m.s) kg/m3

-40 1.510 E -5 1.45

-35 1.535 E -5 1.3

-30 1.560 E -5 1.41

-25 1.585 E -5 1.39

-20 1.610 E -5 1.37

-15 1.635 E -5 1.35

-10 1.660 E -5 1.33

-5 1.685 E -5 1.31

0 1.710 E -5 1.29

5 1.735 E -5 1.27

10 1.760 E -5 1.25

15 1.785 E -5 1.23

20 1.800 E -5 1.21

25 1.825 E -5 1.19

30 1.850 E -5 1.17

35 1.875 E -5 1.15

40 1.900 E -5 1.13

45 1.925 E -5 1.11

50 1.950 E -5 1.09

TABLA: DENSIDAD DEL AGUA VS T

TABLA DENSIDAD DEL AIRE VS PRESION: Kg/m3


Ejercicio 3: Velocidad de cada de partculas en el aire

Determine la velocidad de asentamiento de una nube de niebla compuesta

de partculas de 1 m (micra) en el aire a 27 o C, con una densidad de la

partcula, 2.2 Kg./m3 y la densidad del aire, en Kg./m3 a nivel del mar y la

viscosidad del aire, en Kg./m.s (a 27 o C)

Solucin:

Aplicando la ecuacin de la ley Stokes:

x 1000


Ejercicio 4: Clculo de emisiones vehiculares: Un vehculo tpico

promedio emite 4 g/Km. de oxido ntrico (NO), y recorre

aproximadamente 20.000 Km./ao.

1.Estime la cantidad de NO emitida por cada vehculo anualmente.

2.Considere que en un pas hay 1 milln de vehculos. Calcule el

total de emisiones de (NO) generadas por el transporte vehicular en

toneladas por ao.

Solucin:

1.Oxido ntrico anual:


EJERCICIO N5:

Calcular la descarga de HC Totales procedente de una poblacin de 1.5

millones de habitantes considerando que:

a)Un total de 250.000 vehculos recorren al ao 15.000 Km. cada uno

emitiendo 1 g/Km.

b)El consumo per cpita de pinturas sintticas es 2 litros/ao con contenido

en HC de 1Kg./litro

c)El consumo per cpita de HC procedentes de disolventes de limpieza es

de 1Kg/ao.

Solucin:

Ejercicio de Aplicacin

EJERCICIO N6:

En una planta textil emite vapores de compuesto orgnicos de

bajo peso molecular (COVS ) 33.26 Kg/da, adems generan neblinas de aceites producto del calentamiento de los artculos

textiles (Plastificantes) de 70 kg/da de aceite libero.

Determinar:

a) Estimar la cantidad de COVS emitidos anualmente en toneladas.

b) Estimar la cantidad de Aceite liberado anualmente en

toneladas.

c) Estimar el promedio de emisiones de COVS y Aceites liberados si en Per existen alrededor de 700 empresas

textiles.

Ejercicio de Aplicacin

COVS

COMPUESTOS ORGNICOS VOLTILES (COVS O VOCS)

Algunos de estos COVs son:

butano

propano

xileno

alcohol butlico

metiletilcetona

acetona

etilenglicol

tricloroetileno

clorobenceno

limoneno

2.6. TRABAJO SEMESTRAL

TEMAS: GRUPOS DE 4 ALUMNOS : CALCULOS DE CONTENIDO DE

PPM DE Pb, SO2, NOx, PM 2.5, PM 10, etc.

1. CONTAMINACION ATMOSFERICA EN SIDERURGICAS CAJAMARQUILLA

OROYA. 2. CONTAMINACION ATMOSFERICA EN SIDERURGICAS ALTO HORNO

(SIDER PERU- ACEROS AREQUIPA FE)

3. CONTAMINACION ATMOSFERICA EN CALDERAS DE CHIMENEAS, PLANTAS INDUSTRIALES LACTEAS

4. CONTAMINACION ATMOSFERICA EN INDUSTRIAS DE BEBIDAS

(CERVEZA, NECTARES).

5. CONTAMINACION ATMOSFERICA EN COMPAIAS TEXTILERAS

6. CONTAMINACION ATMOSFERICA EN COMPAIAS PAPELERAS.

7. CONTAMINACION ATMOSFERICA EN CEMENTERAS Y CALCAREAS.

8. CONTAMINACION EN TRANSPORTE .

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