recurso aire 1 aspectos generales

RECURSOS AIRE

PROFESOR LUIS R. BARRETO PEDRAZA

Ing. Químico.

MSc. Meteorología.

Generalidades sobre la contaminación del

aire

Objetivos:

Establecer los aspectos relacionados con la

contaminación atmosférica y la calidad del

aire.

Identificar los elementos y factores

relacionados con el estudio de la calidad del

aire y los factores que lo determinan.

Qué se entiende por Contaminación?

Materias o formas de energía que implican riesgo,

daño o molestia grave para las personas y bienes

de cualquier naturaleza, causada por fuentes

naturales o antropogénicas.

Aire limpio Aire Sucio

Los contaminantes son de origen

Natural

Se originan en los procesos

biológicos y geológicos.

Antropogénico

Derivados de la actividad del

hombre: industriales,

comerciales, rurales,

transporte, domésticos y

generación de energía.


aireELEMENTOS DE LA PROBLEMÁTICA DE LA CONTAMINACIÓN

ATMOSFÉRICA

ING. GABRIEL HERRERA TORRES.

SECUENCIA CAUSAL DE LA

CONTAMINACION DEL AIRE

Concentraciones

Ambientales

Exposición

Efectos en

salud

Emisiones de

Contaminantes


aire

Consideraciones de escala

Tiempo

Espacial

Factores ambientales.

Meteorología

Geograficos.

Factores Económicos

Tipos de actividad económica (CIIU)

Tamaño y tecnología

Materia primas


aire

Factores políticos y jurídicos

Legislación

Plantenamientos y orientaciones políticas de

la instancias gubernamentales.

Grupos de presión

Aspectos sociales.

Salud

Ingresos y calidad de vida


aireELEMENTOS DE LA GESTION DE LA CALIDAD DEL AIRE

Generalidades de la contaminación del

aire

Tipo de contaminantes por su origen.

Primarios: PST, SO2, CO, NO, HCs, HAPs,

COVs.

Secundarios: PM10, PM2.5, SO3, NO2, O3, PAN,

SO3, H2SO4.

Contaminantes criterio:

PST, SO2, CO, Pb, NO2, O3.


aire

Tipo de emisiones por forma de la fuente:

Puntual: Chimeneas y ductos.

Lineales: calles y carretera.

Área: quemas, explotaciones mineras.

Volumen: procesos de pintura.

Tipo de emisiones por movilidad:

Fija: Fábricas.

Móvil: vehículos.

Generalidades de la contaminación del aire

Factores meteorológicos

Condiciones de inversión: Temperatura, viento. Eventos

matutinos.

Advención: condiciones sinóptica y de mesoescala, en

épocas de invierno.

Factores climático y de variabilidad climática: Ejmplo, El

Niño-Oscilación del sur, ENOS.

Factores geográficos (de relieve, de localización y

astronómicos)

El relieve: valles.

Zonas climáticas: zonas de altas presiones.

Estacionalidad.


Efectos a la salud humana

Partículas suspendidas:

Óxidos de azufre.

Monóxido de carbono,

Óxidos de nitrógeno

Ozono.

Dioxinas


aireAlgo de Historia

Siglos XIII-XIV: Uso de carbón

Siglo XVI: Uso de carbón

Inicios siglo XX: Uso de combustibles, procesos

industriales. Niebla fotoquímica.

1950-1970: niebla fotoquímica, lluvia ácida.

Contaminación transfronteriza.

1970-ahora: lo anterior + Gases efecto invernadero

Cambio Climático

Generalidades de la contaminación

del aire

Tipo de contaminantes por su origen.

Primarios: PST, SO2, CO, NO, HCs, HAPs,

COVs.

Secundarios: PM10, PM2.5, SO3, NO2, O3,

PAN, SO3, H2SO4.

Contaminantes criterio:

PST, SO2, CO, Pb, NO2, O3.

Generalidades de la contaminación

del aire

Tipo de emisiones por forma de la fuente:

Puntual: Chimeneas y ductos.

Lineales: calles y carretera.

Área: quemas, explotaciones mineras.

Volumen: procesos de pintura.

Tipo de emisiones por movilidad:

Fija: Fábricas.

Móvil: vehículos.


aireFactores meteorológicos

Condiciones de inversión: Temperatura, viento. Eventos

matutinos.

Advención: condiciones sinóptica y de mesoescala, en épocas

de invierno.

Factores climático y de variabilidad climática: Ejemplo, El Niño-

Oscilación del sur, ENOS.

Factores geográficos (de relieve, de localización y astronómicos)

El relieve: valles.

Zonas climáticas: zonas de altas presiones.

Estacionalidad.


aireEfectos a la salud humana

Partículas suspendidas:

Óxidos de azufre.

Monóxido de carbono,

Óxidos de nitrógeno

Ozono.

Dioxinas

Algunos conceptos

•Fuentes: Lugares de donde surge la contaminación

Naturales

Antropogénicas

•Receptores:

Alguien o algo afectado adversamente por la contaminación

•Transporte y difusión:

Mecanismo mediante el cual se mueve la contaminación

desde el lugar de emisión al de recepción.

•Sumideros: Lugares donde se elimina, suelos, vegetación, estructuras, aguas

•Valores de emisión:

Representan la cantidad de masa de un determinado

contaminante contenida en la unidad de volumen de los fluidos (en nuestro

caso gases) eliminados por el conducto de evacuación al exterior,

expresados con referencia a unas condiciones termodinámicas estándar.

La determinación de estos valores habrán de hacerse sobre muestras

representativas, de forma isocinética, dentro del propio conducto de

evacuación.

Inventario de Emisiones:

El inventario de emisiones consiste de una lista lo

más completa posible de todas las fuentes emisoras

(puntuales, lineales, zonales..), junto con la cantidad

y tipo de emisiones, que tienen lugar en una

determinada región (local, regional, global)

Objetivos

•Información para los poderes públicos y la ciudadanía

•Definir prioridades ambientales e identificar las actividades y los

actores responsables de los problemas.

•Establecer objetivo concretos y restricciones

•Valorar los potenciales impactos ambientales e implicaciones de

diferentes estrategias y planes.

•Monitorizar el estado del medio ambiente para evaluar si se

alcanzan los objetivos

•Asegurar que aquellos responsables de la implementación de las

políticas medioambientales cumplen con su obligación

•Valores de inmisión:

La medida de un cierto contaminante lejos de la fuente de

emisión en lo que podemos denominar atmósfera libre. Nos da idea de la

cantidad de contaminante que existe en la atmósfera en un cierto lugar y

en un cierto instante. Son los valores que usualmente se miden en las

estaciones de captación y sobre los que se ha fijado los niveles de calidad

del aire. El seguimiento continuo de las cifras de inmisión permite un

conocimiento perfecto de la calidad del aire respirable.

El análisis de la evolución temporal de la inmisión permite evaluar

las estrategias de reducción que se utilicen en cada momento y la

modificación adecuada de los limites de emisión legales

Concepto de: tiempo de vida media, Sea [A] la concentración de una substancia,

cuya velocidad de reacción viene dada por la ley

Concepto de tiempo de residencia:

Suponed que la cantidad de una substancia química en la

atmósfera es M y que la velocidad a la que esta substancia se pierde es F,

(que supondremos constante) se define el tiempo de residencia como

t = M/F

Modelo de tanque: Tanque de masa M donde

entra un fluido (agua limpia) a una velocidad

F, y sale (agua sucia) a la misma velocidad .

Si no se mezclan cuanto tiempo tarda el fluido

externo (agua limpia) en ocupar todo el

tanque ?

tren = M/F = t

Supongase que el agua limpia y sucia se mezclan perfectamente, de tal

forma que poco a poco se va obteniendo un agua cada vez más limpia,

pero que siempre tiene agua sucia. Suponiendo que la velocidad a la que

se pierde el agua sucia sea proporcional a la cantidad de agua sucia que

queda,

dW

dt kW

Esta ecuación tiene un aspecto igual a la que teníamos cuando analizamos el

tiempo de vida media de una especie química , y por tanto el tiempo de vida

media será el mismo que entonces,

t1/ 2 0.693

k

Mientras que el tiempo de residencia vale

t W

(dW /dt)

W

kW1

k

y por tanto,

t1/ 2 0.693t

El tiempode renovación (tren) es infinito, pues siempre quedará algo de agua

sucia en el depósito, pero podemos hacernos una idea del tiempo de

renovación calculando el tiempo necesario para que el agua sucia se reduzca

a, p. eje., (1/2)^6 del valor inicial, esto es a un valor 6 veces el tiempo medio,

así pues

tren 6t1 /2 4t


Escala

temporal y

espacial de los

cambios de la

atmósfera y de

la

contaminación

atmosférica

Generalidades de la contaminación del aireEfectos a la salud humana

Los contaminantes atmosféricos pueden afectar los materiales,

ensuciandolos o deteriorando su composición química.

Elevadas concentraciones de partículas y humos están asociadas

con el ensuciamiento de la ropa, de las estructuras y monumentos.

Partículas ácidas o alcalinas, en particular las que contienen azufre,

corroen materiales tales como la pintura, contactos eléctricos y

tejidos.

El ozono deteriora el caucho.

LO ANTERIOR OCASIONA UN AUMENTO DE LOS COSTOS DE

MANTENIMIENTO Y RESTAURACIÓN

EFECTO DE LA

CONTAMINACIÓN ATMÓSFERICA

SOBRE LOS MATERIALES

Los contaminantes penetran en las hojas de la planta por las estomas

junto con el aire necesario durante el proceso normal de la respiración dela

planta.

Los contaminantes destruyen la clorofila e interrumpen la fotosíntesis.

Los daños varían desde la reducción de la velocidad de crecimiento de la

planta hasta su muerte.

Los síntomas de daño suelen aparecer en las hojas, siendo posible conocer

el contaminante en cuestión por medio de los síntomas específicos, como su

aspecto o coloración.

EFECTO DE LA

CONTAMINACIÓN ATMÓSFERICA

SOBRE LA VEGETACIÓN

Contaminantes fitotóxicos

Sustancias dañinas para la vegetación

•Dióxido de azufre

•Nitrato de perioxiacetilo (PAN)

•Ozono

•Acido fluorhidrico

•Cloro

•Cloruro de hidrogeno

•Mercurio

Escalas de la contaminación

Local:

Uno o varios grandes emisores, o muchos emisores pequeños:

factor de proximidad importante

Urbana: Dos tipos diferentes de problemas:

Contaminantes primarios poco reactivos: Contribución de fuentes locales pueden

dar lugar a severos problemas de contaminación

Formación de contaminantes secundarios: ejem.: Ozono mediante reacción

fotoquímica de óxidos de nitrógeno e hidrocarburos

Escalas de la contaminación

Regional:

Lluvia ácida: SO2 emitido en las ciudades/fabricas durante el transporte

se oxida e hidrata para formar SO 4H 2, que reacciona

con iones amonio para dar partículas higroscópicas (NCN) que se

disuelve en agua para formar la lluvia ácida,

lo mismo sucede con óxidos de N.

Visibilidad: Problemas de degradación de la visibilidad a cuenta de la forma

ción NCN (brumas)

Global:

Problema del agujero de ozono

Aumento de la nubosidad

Incremento del CO2

Unidades de medida

Fracción molar (razón de mezcla en volumen):

xi ni

n

N i / NA

Ni / NA

Ni

Ni

i

i

ni :Numero de moles componente i

Ni : Numero de moléculas componente i

i : Numero de moléculas por unidad de volumen

Ley de Dalton

piV NikT

pi p

pi V Ni kT pV NkT

piV

pV

NikT

NkT

pi

p

Ni

N xi

piV pxiV pVi NikT xi Vi

V

p Vi Ni kT pV NkT

Vi V

k R NA

Unidades de medida

La fracción molar se expresa en:

- partes por millón en volumen 1 en 10^6

- partes por billón en volumen 1 en 10^9

- partes por trillón en volumen 1 en 10^12

* Resulta invariante con la temperatura y la presión

Unidades de medida

Cantidades específicas:

qi mi

mi

ni Mi

niMi

xiMi

xiMi xi

Mi

M

Se expresa en: Kg/Kg ó en gr/Kg

M xi Mi

Para el aire M = 28.97 gr/mol

Unidades de medida

Densidades

i mi

V

mi

m /

mi

m qi xi

Mi

M

i(stp) mi

V(stp)

mi

m / (stp) (stp)

mi

m (stp)xi

Mi

M

Se expresan en g/ m3 ó en mg/ m3

(stp) = 1.293 kg/m3

Ejemplo:

Calcular la densidad del CO2 (mg/m3) , suponiendo

que la fracción molar vale 330 ppm.

(stp) 1.293(kg/m3)330

106

44

28.97 6.4810

5(mg/m

3)

A otra temperatura y presión ambos valores se relacionan

por la expresión:

(std)p

p(stp)

T(stp)

T

pV nRT

pV m

MRT pV mRT; R

R

M

m

V

p RT

p1

p21T12T2

(std)p

p(stp)

T(stp)

T

piV niRT

mi

M i

RT miRiT; Ri R

Mi

pi V miRi T pV mR T

mR miRi

p R T

Ley de Dalton (otra vez)

piV miRiT

Relación entre i y xi (forma alternativa):

pxiV miRiT xi miRiT

pV i

RiT

p

i(T, p) xi

p

RiT

i(T0, p0) xi

p0

RiT0

i(T, p) i(T0, p0)p

p0

T0

T

La atmósfera natural

Atmósfera que existiría actualmente sin la presencia

contaminante del hombre.

Concepto:

Real:

Atmósfera en lugares lo suficientemente alejados de la

acción directa del hombre como para representar una

atmósfera no contaminada.

Composición de la Atmósfera(I)

Gases Mayoritarios/Minoritarios

Constituyente Fórmula pct. Volumen Peso molecular Vida Media

Nitrógeno N2 780840 (ppmv) 28.01 16 000 000 a

Oxígeno O2 209460 (ppmv) 32.00 3000 años

Argon Ar 9340 (ppmv) 39.95

Vapor de agua H20 0 -40000 ppmv 18 10 dias

Dióxido de Carbono CO2 355 (ppmv) 44 4 años

Composición de la Atmósfera (II)

Gases Traza

Constituyente Fórmula Pct. Volumen Peso molecular Vida Media

Especies Oxigeno

Ozono O3 0-100 ppb 48. 100 días

Oxígeno atómico O(3P) 0-103 cm

-316.

Oxígeno atómico O(1D) 0-102 cm

-316.

Especies hidrógeno

Hidrógeno H2 560 (ppbv) 2.

Peroxído de Hidrógeno H2O2 0-108 cm

-320.

Radical Hidroxilo HO 0-106 cm

-317.

Radical hidroperoxilo HO2 0-108 cm

-333.

Hidrógeno atómico H 0-1 cm-3 1.

Composición de la Atmósfera (III)

Gases Traza

Constituyente Fórmula Porcentaje en volumen Peso molecular

Especies Nitrógeno

Oxido nitroso N2O 560 ppbv 44.

Acido nítrico HNO3 109 cm

-363.

Amoniaco NH3 0-0.5 ppbv 17.

Cianuro de Hidrogéno HCN ~200 pptv 27.

Dióxido de nitrógeno NO2 0-300 pptv 46.

Oxido nítrico NO 0-300 pptv 26.

Trióxido de nitrógeno NO3 0-100 pptv 62.

Pentoxido Dinitrógeno N2O5 0-1pptv 108.

Peroxiacetil Nitrato CH3CO3NO2 0-50 pptv 119.

Acido pernítrico HO2NO2 0-100 pptv 79.

Acido nitroso HNO2 0-0.1pptv 47.

Composición de la Atmósfera (IV)

Gases Traza


Especies Carbono

Metano CH4 1.7 ppmv 16.

Monóxido de Carbono CO 70-200 ppbv 28.

Formaldeido CH2O 0.1 ppbv 30.

R. Metil-hidroperoxilo CH3OOH 0-1011

cm-3

48.

R. Metil-peróxido CH3O2 0-108 cm

-347.

R Metílico CH3 0-10-1

cm-3

15.

Composición de la Atmósfera (V)

Gases Traza


Especies Azufre

Sulfuro de carbonilo COS 0.05 ppbv 60.

Sulfuro de dimetilo(DMS) (CH3)2S 70-200 pptv 62.

Sulfuro de hidrógeno H2S 0-0.5ppbv 34.

Disulfuro de dimetilo (CH3)2S2 5-10 pptv 94.

Disulfuro de carbono CS2 5-10 pptv 76.

Acido sulfurico H2SO4 0-20 pptv 98.

Acido sulfuroso H2SO3 0-20 pptv 82.

Monóxido de azufre SO 0-103 cm

-3 48.

Trióxido de azufre SO3 0-10-2

cm-3

80.

Composición de la Atmósfera (VI)

Gases Traza

Constituyente Fórmula % en volumen Peso molecular

Especies hológenas

Cloruro de hidrógeno HCl 1 ppbv 36,45

Cloruro de metilo CH3Cl 0.5 ppbv 50,45

Bromuro de metilo CH3Br 10 pptv 94,9

Ioduro de metilo (CH3) I 1 pptv 141,9

Gases Nobles

Neon Ne 18 ppmv 20,18

Helio He 5.2 ppmv 4

Kripton Kr 1 pptv 83,8

Xenon Xe 90 ppbv 131,29

Estructura química de algunas especies

(radical alcoxilo RO

)

(aciloxilo)

(radical peroxialkilo)

recurso aire 1 aspectos generales

Documents