CONTAMINACIN ATMOSFRICA

INTRODUCCINAproximadamente el 70% de la contaminacin derivada del monxido de carbono se debe al transporte, el 10% de los hidrocarburos mal quemados y el 10% de los xidos nitrosos.

Una regla general para fijar el lmite de emisin de los contaminantes de referencia es 30 veces al estndar del aire ambiental. A mayor concentracin de contaminante menor ser la capacidad para dispersar la emisin. A mayor caudal o tasa de emisin menor valor del lmite de concentracin que nos marque el estndar.

Concentraciones de trazas de compuestos en atmsfera limpia y contaminada

(*) El dixido de carbono no es contaminante en sentido estricto, ya que daa la parte alta de la estratosfera pero no la calidad del aire a nivel de tierra.

ParmetroConcentracin (ppb)Tiempos deresidenciaaproximadaAtmsferalimpiaAtmsferacontaminadaPartculasCOCO2 (*)SO2NONO2HNO2HNO3O3NH3CH4N2OH2SPb120320.000 0,2-100,01-0,60,1-10,0010,02-0,320-801-61.5003000,25 x 10-3 g/m3> 100 g/m31.000-10.000400.00020-20050-75050-2501-83-50100-50010-252.500

0,5-3 g/m365 das15 aos40 das1 da1 da

1 da

20 das8-10 aos10-150 aos

Sistema de contaminacin atmosfrica

Un foco de contaminacin podra ser una central trmica de carbn. El control en origen podra ser unas unidades de lavado de los gases antes de la emisin. Los detectores podran ser monitores en lnea para SO2. Los receptores podran ser un indicador biolgico (por ejemplo, lquenes). Cuando el detector o el receptor perciban niveles de emisin inaceptables se podra generar una respuesta automtica de control o aplicar la legislacin forzando modificaciones en los procesos de emisin o control en origen, por ejemplo, instalacin de filtros de carbn activado para los gases de combustin.

LOS CONTAMINANTES ATMOSFERICOS

Los contaminantes primarios son aquellos que se emiten desde un foco identificable. Los ms significativos son: SO2, CO, NOx, SOx, Partculas, Hidrocarburos, Metales. Los contaminantes secundarios son los que se forman en la atmsfera por reacciones qumicas y se incluyen: O3, Otros oxidantes fotoqumicos, nitrato de peroxiacetilo, Hidrocarburos oxidados. Los contaminantes de referencia definidos por los EEUU, UE y OMS incluyen: CO, NO2, O3, SO2, PM-10 (particulas de dimetro < 10 micras), Plomo

Estndares internacionales de calidad del aire ambiental para contaminantes de referencia

ContaminacinTiempo medioGuas de la OMS para la calidad del aire(g/m3)CO (monxido de carbono)

NO2 (dixido de nitrgeno)

O3 (ozono)

SO2 (dixido de azufre)

Partculas (PM-10)

SO2+PM-10Pb (Plomo)Partculas totales en suspensin (PTS)Hidrocarburos15 min30 min1 h8 h1 h24 h1 h24 h100 das10 min1 h24 hAnual24 hAnualAnnualAnual100.00060.00030.00010.000400150200656050035012540-601255060-900,5-1

Propiedades y trascendencia de los contaminantes de referencia

ContaminantesPropiedadesTrascendencia contaminanteCO (monxido de carbono)

NO2 (dixido deNitrgeno)

O3 (ozono)

SO2 (dixido deazufre)

Partculas(PM-10)

Pb (Plomo)Gas incoloro, inodoro.

Gas naranja-marrn.

Altamente reactivo

Inodoro, gas asfixiante, soluble en H2O para producir cido sulfuroso H2SO3.

Materia particulada < 10 micras en dimetro humo negro.

Metal pesado, bioacumulativo.Se forma durante la combustin incompleta de los hidrocarburos. Causa el efecto invernadero y el cambio climtico.

Componente significativo de la niebla fotoqumica y la deposicin de cido.

Un contaminante secundario, producido durante la formacin de la niebla fotoqumica. Provoca daos en la flora y los materiales

Componente principal de la deposicin de cido. Daos en humanos, flora, fauna y materiales.

Originado en la quema de carbn en las centrales trmicas, trfico, chimeneas de viviendas, incineracin, minera. Puede ocasionar problemas respiratorios.

La fuente principal es la gasolina con plomo. Tambin de las tuberas de plomo, minera e incineracin. En exceso daa a humanos y fauna.

DISPERSIN ATMOSFRICA

Para predecir las concentraciones de contaminantes en puntos alejadas del foco, se han desarrollado muchas tcnicas de modelos como:Modelo gaussianoModelo numricoModelo estadsticoModelo empricoModelo fsicoTradicionalmente, se emple el modelo fsico mediante tneles de viento, sin embargo estos deben tener un tamao adecuado para evitar los efectos de escala y representar apropiadamente las variaciones en la velocidad vertical y perfiles de temperatura. Son deseables en emisiones de varios focos sobre terrenos de topografa compleja.

Las tcnicas estadsticas o empricas se emplean si la informacin sobre procesos fsico-qumicos es inadecuada para satisfacer los datos de partida de un modelo matemtico numrico o gaussiano. El modelo numrico permite la solucin de ecuaciones de conservacin de materia, energa y cantidad de movimiento tridimensionales.

Las suposiciones para el modelo gaussiano son las siguientes:

No existe variacin ni de la velocidad ni en la direccin del viento entre el foco y el receptor.Todo el vertido permanece en la atmsfera de manera que no reacciona ni se deposita en forma de lluvia o partculas. Cualquier penacho que impacta en el terreno rebota en su totalidad.La dispersin no ocurre en la direccin descendente del viento. nicamente tiene lugar en las direcciones verticales y horizontales. La dispersin es estocstica y describe una distribucin de Gauss.

Caractersticas de penachos de Chimeneas

El perfil tpico de concentracin de un penacho que se eleva, procedente de una chimenea con altura Hs,se muestra en la siguiente figura. El contaminante se emite con un caudal Q y una velocidad de salida W. El penacho gana una altura debido a su velocidad y flotabilidad antes de desplazarse en la direccin del viento por las condiciones atmosfricas. La ganancia en altura se denomina elevacin de penacho H.

La altura efectiva de penacho resulta:

A medida que el penacho progresa en la direccin del viento, se asume que su perfil de concentracin por difusin adquiere una distribucin gaussiana. Si la condicin atmosfrica es neutra entonces se desarrollar un penacho en forma de cono. La concentracin en la lnea central del penacho ser mxima a una distancia cercana del foco emisor y disminuir conforme se aleja de la chimenea y las extremidades del penacho pueden impactar sobre el terreno. Si el desarrollo del penacho se efecta en las tres dimensiones, el modelo que predice la dispersin del penacho tendr en cuenta los cambios en los tres ejes x, y, z. La concentracin de un contaminante en cualquier punto en funcin de la velocidad del viento U, el caudal de emisin Q, y la curva de Gauss normalizada G en el plano yz, es:

La distribucin gaussiana Una caracterstica de la distribucin de Gauss es que el 68,3% del rea total por debajo de la curva se encuentra dentro de una desviacin estndar a partir del centro, el 95,5% corresponde a dos desviaciones estndar y el 99,75% corresponde tres desviaciones estndar. La distribucin de Gauss en la direccin lateral y y z son: A medida que la distancia se incrementa, la concentracin pico en la lnea central disminuye ya que el penacho se ensancha en las direcciones z e y.

Ecuacin de la difusin

La concentracin de un contaminante en un penacho en cualquier punto x, y, z puede calcularse con la ecuacin de difusin siguiente:Para el sistema de coordenadas: x = 0 en el foco (chimenea); y = 0 en la lnea central del penacho; z = 0 en el terreno. Si la altura efectiva del foco emisor es H, entonces la coordenada z en la lnea central del penacho es (z H), donde z se mide a partir de la cota del terreno:En el supuesto de conservacin de masa, de que todo el contacto del penacho con el terreno es completamente reflejado, debe aadirse un segundo trmino para tener esto en cuenta. En la Figura siguiente se muestra esto esquemticamente.

De la Ecuacin anterior:

Las unidades apropiadas son: Q, cualquier propiedad por unidad de tiempo, por ejemplo, kg/s, m3/s, C, cualquier propiedad por unidad de volumen, por ejemplo, kg/m3, m3/m3 o ppb; y, z son coeficientes de difusin, en m, en funcin de la distancia x. Los coeficientes y y z se obtienen de las curvas Pasquill-Gifford conociendo la distancia x y el criterio de estabilidad. El mayor inters radica en el conocimiento de la concentracin a nivel del terreno (z = 0), as la ecuacin y la concentracin mxima a nivel del terreno en la lnea central del penacho, y = 0, son:

Emisiones a nivel del terreno

Para las emisiones a nivel del terreno, tales como fuegos o explosiones o gases fugitivos o emanaciones gaseosas de vertederos, la ecuacin se convierte en:Para concentraciones a nivel de terreno, z = 0, se tiene:La concentracin mxima al nivel del suelo y a lo largo de la lnea central del penacho donde y = 0 se expresa como:

Ejemplo

El fuego de un vertedero emite 3 g/s de NOx. Determinar la concentracin de NOx a 2 km de distancia si la velocidad del viento U10 = 5 m/s y la clase de estabilidad es D. Cul es la concentracin mxima a nivel del terreno y tambin a 50 m sobre del terreno?

Solucin:Los coeficientes y y z se obtienen de las curvas de Pasquill-Gifford, para x = 2 km: y = 150 m y z = 50 m. Por lo tanto: