CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA MsC. Pablo Marcelo Puente Carrera

LA ATMÓSFERA La Atmósfera es la envoltura gaseosa, de unos 200 kilómetros de espesor, que rodea la Tierra. Constituye el principal mecanismo de defensa de las distintas formas de vida. Ha necesitado miles de millones de años para alcanzar su actual composición y estructura que la hacen apta para la respiración de los seres vivos que la habitan. Una de las funciones más importantes que realiza la atmósfera es proteger a los seres vivos de los efectos nocivos de las radiaciones solares ultravioleta. La Tierra recibe todo un amplio espectro de radiaciones procedentes del Sol, que terminarían con toda forma posible de vida sobre su superficie de no ser por el ozono y el oxígeno de la atmósfera, que actúan como un filtro absorbiendo parte de las radiaciones ultravioleta.

COMPOSICIÓN NORMAL DE LA ATMÓSFERA

LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA Existen varias definiciones: "Cualquier circunstancia que añadida o quitada de los normales constituyentes del aire, puede llegar a alterar sus propiedades físicas o químicas lo suficiente para ser detectado por los componentes del medio". "Cualquier condición atmosférica en la que ciertas substancias alcanzan concentraciones lo suficientemente elevadas sobre su nivel ambiental normal como para producir un efecto mensurable en el hombre, los animales, la vegetación o a los materiales". “La presencia en la atmósfera de cualquier agente físico, químico o biológico, o de combinaciones de los mismos en lugares, formas y concentraciones tales que sean o puedan ser nocivos para la salud, la seguridad o bienestar de la población o perjudiciales para la vida animal y vegetal o impidan el uso y el goce de las propiedades o lugares de recreación”

Substancias que pueden ser contaminantes Puede ser un contaminante cualquier elemento, compuesto químico o material de cualquier tipo, natural o artificial, capaz de permanecer o ser arrastrado por el aire. Puede estar en forma de partículas sólidas, gotas líquidas, gases o en diferentes mezclas de estas formas.

LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA Contaminación primaria y secundaria Resulta muy útil diferenciar los contaminantes en dos grandes grupos con el criterio de si han sido emitidos desde fuentes conocidas o se han formado en la atmósfera. Así tenemos: -Contaminantes primarios.- Aquellos procedentes directamente de las fuentes de emisión - Contaminantes secundarios.- Aquellos originados en el aire por interacción entre dos o más contaminantes primarios, o por sus reacciones con los constituyentes normales de la atmósfera.

CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS CONTAMINANTES

PRINCIPALES CONTAMINANTES GENERADOS POR LA COMBUSTIÓN CLASECONTAMINANTES PRIMARIOS CONTAMINANTES SECUNDARIOS PartículasSedimentables Suspensión Óxidos de CarbonoCO; CO2 Compuestos de azufreSO2SO3 / H2SO4 Compuestos de nitrógenoNONO2 / HNO3 OxidantesO3 MetalesPb

CLASIFICACIÓN DE LAS FUENTES CONTAMINANTES: PRODUCCIÓN DE ENERGÍA Energía eléctrica, mecánica, calórica, destructora FUENTES FIJASIndustriales, domésticas FUENTES MÓVILESVehículos, aeronaves, buques, etc. FUENTES COMPUESTASZonas industriales, áreas urbanas

Deposición ácida

CALIDAD DE AIRE = INMISIÓN Cuando se habla de Calidad de aire se hace referencia a los valores de concentración de contaminantes a nivel del suelo. Calidad de aire = Concentración a nivel del suelo = Inmisión Para determinar la calidad de aire, las legislaciones a nivel mundial se rigen tomando en consideración los siguientes parámetros: Altura de las chimeneas. La concentración de los contaminantes. El caudal. Los modelos de difusión. Condiciones topográficas

CALIDAD DE AIRE; EMISIÓN EMISIÓN Emisión (mg / s) = Q (caudal) (m³/ s) x C (concentración) (mg / m³) Altura efectiva de la chimenea = (h + ▲H)

CARACTERÍSTICAS DE DIFUSIÓN Para determinar las características de difusión se toman en consideración, los vientos, las direcciones, temperatura, radiación solar, etc. En los modelos de difusión se pueden dar diversos casos relacionados con la radiación solar y la altura de la atmósfera: Por ejemplo que la temperatura aumente con la altura dando lugar a inversiones térmicas y a calentamientos adiabáticos; estos procesos adiabáticos se pueden encontrar por encima de los metros de altura, ya que por debajo de esta altura no se producen. Este fenómeno se da por la siguiente explicación: los rayos solares tienen una longitud de onda corta, por lo que al contacto con el aire pasan casi sin producir calentamiento llegando a la superficie de la tierra donde es calentada; esta emite una radiación calórica de longitud de onda más larga que los rayos solares por lo que ésta es la que calienta el aire. La atmósfera que esta por debajo de los metros de altura se llama atmosfera real y la que está por encima se conoce como atmósfera adiabática.

Modelo de difusión en atmósfera inestable Cuando la temperatura de la atmósfera adiabática es mayor que la de la temperatura de la atmósfera real, se da una atmósfera inestable y en este caso las emisiones de las chimeneas se esparcen en el medio ambiente en forma de un serpenteo.

Modelo de difusión en atmósfera neutra Cuando la temperatura de la atmósfera adiabática coincide con la temperatura de la real, la atmósfera se llama neutra y las emisiones que se producen forman un cono.

Modelo de difusión en atmósfera estable Cuando guardan una relación de temperatura igual en un punto, y la atmosfera real se enfría, se llama atmósfera estable y las emisiones forman un abanico.

Modelo de difusión ascendente Cuando la atmósfera real primero se enfría y luego se clienta en comparación con la adiabática que se está calentando, las emisiones son ascendentes.

Modelo de difusión de fumigación Cuando la atmósfera real primero se calienta y luego se enfría permaneciendo la atmósfera adiabática con ligero calentamiento, las emisiones forman el efecto llamado de fumigación.

Modelo de difusión de fumigación Tomando en consideración estos factores se han establecido los valores limites de emisión. Emisión = (Nivel admisible + Características Atmosféricas + Condiciones topográficas) Otras formas de llegar a los límites establecidos es modificando las alturas de las chimeneas, ya que haciendo uso de este modelo matemático se puede disminuir la concentración a nivel del suelo. Por permitir este tipo de soluciones se han ocasionado problemas como las lluvias ácidas.

Formas de medir la contaminación 1. La contaminación se puede medir de varias formas en función del tiempo: Instantáneo, cada 15 min., cada hora, cada 8 horas, etc. mientras mas grande sea el tiempo de referencia o de período de asemeja nos da el promedio de dosificación del contaminante. Para determinar la calidad de aire, las mediciones se deben realizar a 25 grados centígrados y a 1 atmósfera de presión. Si las condiciones se dan a 0 grados y 1 atmósfera.

UNIDADES USADAS EN LA CONTAMINACIÓN DE AMBIENTES DE TRABAJO Existen dos tipos principales de unidades: 1) Unidades para expresar concentración volumétrica. 2) Unidades para expresar concentración másica. 3) Otras Unidades Unidades para expresar concentración volumétrica (V/V). ppm: Partes en volumen del gas o vapor (contaminante) en un millón de partes en volumen de aire. El volumen está definido en Condiciones de referencia de Higiene Industrial (25°C y 760mmHg.).

Unidades para expresar concentración másica (P/V ) mg/m3 : Miligramos del contaminante (sólido líquido o gaseoso) en metro cúbico de aire. ug/m3 : Microgramos de contaminante por metro cúbico de aire. Con el estudio de sustancias cancerígenas, con límites de exposición muy bajos fue necesario introducir, esta unidad que antes se usaba para medir la contaminación exterior.

OTRAS UNIDADES MPPMC. Millones de partículas por metro cúbico de aire. La equivalencia aceptada es: 225 MPPMC = 1 mg/m3 Fibras/cm3 Porcentaje (%). Porcentaje de contaminante gaseoso en 100 partes de aire. Es util para protección contra incendio.

Conversiones: Para pasar de ppm a mg/m3 o viceversa es necesario conocer el Peso Molecular (PM) del contaminante. Avogadro determinó que un mol de cualquier gas ocupa un volumen de 22.4 litros en condiciones normales, (CN. 0°C y 760 mmHg). Por lo que en condiciones de referencia de Higiene y Seguridad Industrial éste volumen sería igual a 24,45 litros. Fórmulas: Mg/m3 x 24,45 ppm x PM ppm = mg/m3 = PM 24, ug/m3 = 1 mg/m3 ppm/10000 = %

Ejercicios de aplicación:

Sitio normalizado donde se debe tomar la muestra en chimenea Si el Diámetro es menor a 20 cm. Se deben tomar dos muestras, si es más grande 4 muestras, 8 muestras y máximo 12 muestras.

DETERMINACIÓN DEL CAUDAL. Para medir el Caudal se determina el área y la velocidad. La velocidad se mide utilizando el tubo Pitot. Que mide un Ah que es proporcional a la velocidad, también se puede usar un tubo Pitot “S” y debe tener la información de la constante de calibración. Esto se determina en condiciones de su propia temperatura y presión.

La concentración se determina con el tren de muestreo que consta de un filtro-medidor de caudal – bomba si se dificulta la medición con este método se puede cambiar por otro que tiene filtro- bomba-medidor de volumen Si se va a medir partículas líquidas y/o sólidas se debe usar un muestreo isocinético. Estos equipos se encuentran descritos en EPA 5 y EPA 17

EPA 5 – EPA 17

Evaluación de contaminantes atmosféricos Para evaluar SO2 – SO3 se utiliza la misma técnica que para el ambiente de trabajo es decir BURBUJEADOR. Para evaluar el CO se utiliza una fuente de luz infrarroja. Es el ANALIZADOR INFRARROJO NO DISPERSIVO Para el NOx – O3 se utiliza la técnica de la QUIMIOLUMINISCENCIA. Para determinar el NO2 se hace pasar por un catalizador para transformarle en NO y luego medir por diferencia Esta técnica se usa para medir también el ozono. FINALMENTE PARA CONTROLAR LAS EMISIONES EN LA FUENTE DE CONTAMINANTES SE PUEDEN UTILIZAR EQUIPOS DE TRATAMIENTO A INSTALARSE EN LOS SISTEMAS DE VENTILACIÓN