Geneza si dispersia noxelor Master sem. 2, 2010/201mmut.mec.upt.ro/ioana/master/curs1.pdf · Master...

of 36 /36
Geneza si dispersia noxelor Master sem. 2, 2010/201 prof. dr. ing. Ioana IONEL Si Sl. Dr. ing. Francisc POPESCU Catedra de Termotehnicăşi Maşini termice din Fac Mecanică

Embed Size (px)

Transcript of Geneza si dispersia noxelor Master sem. 2, 2010/201mmut.mec.upt.ro/ioana/master/curs1.pdf · Master...

  • Genezasi dispersianoxelorMaster sem. 2, 2010/201

    prof. dr. ing. Ioana IONEL

    Si

    Sl. Dr. ing. Francisc POPESCU

    Catedra de Termotehnic i Maini termice

    din Fac Mecanic

  • Obiectul cursului Disciplina face legatura intre cunostiintele teoretice acumulate de cursant pana la

    momentul audierii ei cu activitatea practica pe care o va desfasura ca si specialist de masini si echipamente termice. Este esentiala pentru cultura sa generala, dar si pentru a face fata cerintelor de pe piata muncii, nesaturata cu ingineri cunoscatoriai modalitatilor de a proteja mediul ambiant.

    Inainte de a ne imagina orice minim de confort sau de echipament si tehnologii care sa usureze munca, trebuie obtinuta energia electrica, care se bazeaza pe plan mondial, in proportie majoritara, pe energia chimica a combustibililor, care prin ardere genereaza energia termica, in cadrul centralelor termo-electrice. Generandenergie, inevitabil, prin ardere, se genereaza si poluanti sau gaze cu efect de sera.

    Cursul are drept scop acumularea de cunostinte legate de geneza noxelor, de metode de evitare a producerii lor, de epurare a gazelor de ardere si de invatare a regulilor si modelelor de dispersie (imprastiere a gazelor poluante in aer), in legatura cu calitatea aerului. Se fac aplicatii legate de dispersia poluantilor in atmosfera libera, lucrand cu date concrete, individual, si in baza masuratorilorproprii.

  • Verificareacunotinelor

    pe parcursul semestrului,prin teste la laborator, verificarea rezultatelor experimentale resp. de calcul i notarea lor, teme de cas, list de subiecte pentru aprofundare, reinerea prezenei pentru corelarea ei cu nivelul de cunotine.

    examen scris

    prin nota final, pentru care, conf. regulamentului de calcul din UPT, se folosesc coeficienii de 0,66 respectiv 0,34 pentru ponderarea notei pentru activitatea pe parcurs, respectiv de la examinare. Calculaia si rezultatele se analizeaza in prezenta tuturor studentilor si se afieaz n extenso.

  • Examen scris

    Proba pe parcurs se sumarizeaza prin sustinerea orala/publica a exercitiului indivudual de dispersie, in cadrul Cerculuistiintific

    Prba de cunostinte acumulate se sumarizeaza prin referat scris si CD (min 15 pag, cu cuprins, biblio, min trei paragrafe redactat) predate si

    sustinute inainte de examen, in cadrul Cercului stiintific

    proba de teorie (scris) const din ntrebri ce vizeaz logica, nelegerea fenomenelor i a principiilor i legilor de baz,

    Notarea pentru examinare se face mediind aritmetic notele de la cele trei

    probe, cu condiia ca note s fie peste 5.

  • Bibliografie Ionel, Ioana, Ungureanu, C., Termoenergetica i mediul, Ed. Tehnic, 1996, Bucureti. Ungureanu C., .a. Combustibili, Instalaii de ardere, Cazane, Ed. Politehnica, 1998, Timioara. Ioana, Ionel, Ungureanu C., Arderea i combaterea polurii la cazane, Centrul de multiplicare UPT, 1994, Timioara. Ionel, Ioana, Ungureanu, C., Indrum tor de proiectare pentru cazane i instalaii de ardere, Centru de multiplicare UPT, 1992, Timisoara. Ionel, Ioana, Ungureanu, C. Centrale termoelectrice. Cicluritermodinamice, Ed Politehnica, 2004, Timisoara

    Ionel, Ioana, Popescu Fr., Oprisa-Stanescu P.D., Bisorca D., Gruescu Cl., Energoecologiacombustibililor fosili, Temeexperimentale, Ed Politehnica, 2004, Timisoara

    Ionel, Ioana, Popescu Fr., Oprisa-Stanescu P.D., Bisorca D., Gruescu Cl., Masurarea calitatii aerului sidispersarea noxelor. Temeexperimentale, Ed. Politehnica, 2004, Timisoara

  • Laborator Laboratorul (sala 174) a luat fiin n 1994, ca urmare a necesitii introducerii

    n curricula universitar a unor noi discipline din domeniul proteciei aerului,

    pentru cursanii de la profilul mecanic, energetic, ingineria mediului, precum i

    pentru ciclurile masterale de specialitate din universitate.

    Scopul general a fost i rmne n continuare colarizarea i cercetarea n

    domeniul prioritar i totodat deficitar al proteciei mediului, capitol esenial

    care trebuie s fie finalizat pentru ca Romnia s fie acceptat s adere la

    Comunitatea European.

    Un laborator cu totul deosebit si dotat corespunzator este Lab multifunctional

    de masini termice si energii regenerabile.

    Informatii on line:

    www.mediu.ro

    www.energieregen.mec.upt.ro

  • Este unul dintre cele mai bine dotate laboratoare din laboratoare din arar pe acest profil, avnd n inventar aparatur i

    programe cu licen , n valoare de peste 800 000 EUR.

    Primul aparat din gestiunea laboratorului a fost donat de Fundaia Alexander von Humboldt, pentru ca s se creeze condiiile derulrii i n ara noastr a unor investigaii ecologice. Cu acest analizor s-au efectuat primele msurtori on line de emisii din termocentralele din Romnia (22 iunie, 1994).

    Au urmat i alte donaii, att din strintate (TU Mnchen, U Stuttgart, TU Graz, TUBraunschweig, Fundaia Alex. von Humboldt, DEMOKRITOS), ct i din ar (SC CALOR SA, SC Electrocentrale SA, Primria mun. Timioara, Consulatul german din Timioara).

    Baza a ramas si ramane dotarea prin effort propriu, din proiectelesustinute de membrii grupulurilor de cercetare din catedra/colectiv.

  • Laboratorul

    De remarcat este faptul c laboratorul s-a nscris pe o traiectorie european evolutiv. Se menioneaz atragerea sa pn n 2003, n 5 proiecte europene (PECO, JOULE, NAS, Bilateral ) i n alte apte naionale, finanate de CNFIS, CNCSIS, BM, etc., fapt care i-a conferit prestan i renume.

    ntreinerea laboratorului se face majoritar din venituri propri, prin contracte de colaborare cu teri, respectiv din programe specifice naionale finanate de ministerele de resort. Laboratorul este valoros i prin colectivul entuziast de care dispune, n care profesorilor cu reputaie i experien li s-au alturat tineri doctoranzi, crora astfel le-au fost deschise numeroase fronturi de lucru experimental i teoretic, pentru perfecionare sau cercetare n cadrul unor proiecte specifice.

  • Laborator

    Mentorul grupului este i va rmne profesorul universitar dr. ing. Corneliu Ungureanu.

    Nu n ultim rnd se amintete c un rol hotrtor l-a jucat i conducerea Fac. de Mecanic i a Universitii Politehnica, care au susinut la momentul oportun, faptic i decizional, nfiinarea laboratorului.

  • Bibliotec, Literatur de profil n cadrul laboratorului a fost creat i o minibibliotec de

    specialitate, n care au fost cuprinse reviste de specialitate i cri actuale n limbile romn i de circulaie internaional, achiziionate contra cost, dar i din donaii valoroase de ctre VDI, RESCH Verlag, VGB, DAAD, ENERGIE, etc.

    Tot ca urmare a dezvoltrii laboratorului, au putut fi aternute pe hrtie rezultatele experimentale i astfel au fost publicate cri i articole valoroase, att pe plan naional, ct i internaional.

    Coordonatoarul laboratorului este doamna prof. dr. ing. habil Ioana Ionel.

  • Dotare

    n mare, n laborator exist o gam de analizoare portabile i fixe de emisii respectiv de imisii, precum i pentru combustibili. Sunt cuprinse i gaze de etalonare adecvate. Se dispune i de o reea modern de calculatoare puternice i sisteme i programe de achiziie, gestionare i prelucrare de date, inclusiv harta GIS i staie automat de determinat parametrii meteorologici.

  • Sunt posibile Analize de combustibili: putere calorific, analiza

    tehnic, determinarea coninutului de sulf, compui pe baz de azot, viscozitate, etc.,

    Investigaii on-line legate de: calitatea arderii: parametrii termodinamici ai

    gazelor de ardere, concentraiile de emisii poluante (CO, NOx, SO2, CmHn, particule) i parametrii de referin (O2, CO2, etc);

    calitatea aerului ambiant prin msurarea speciilor CO, NOx, SO2, PM10;

    bilanuri termice i de mediu pentru surse staionare de ardere, analize de impact pe partea de aer.

  • dari Calcule de simulare numeric: a arderii i generrii noxelor n instalaii

    staionare de ardere cu programe liceniate; a dispersiei noxelor cu luarea n considerare a

    datelor meteo (local se dispune de baza de date n timp real de la o staie meteorologic automat, proprie cu linie nchiriat) cu programe deinute cu licen.

    Activiti de consultan pentru eficientizarea proceselor de ardere i reducerea noxelor,

    Activiti de verificare conform normativelor ISCIR a unor aparate consumatoare de combustibil, de mica si medie putere.

  • Dotarede excepie Aparatur portabil metrologizat pentru analiza

    gazelor de ardere: Analizoare model TESTO 33 resp TESTO 350 pentru instalaii

    staionare de ardere (determinri de emisii de CO, CO2, NO, NO2, O2, SO2 CmHn, i parametri termodinamici de stare afereni din gazele de ardere),

    Sistem de memorare propriu sau de interconectare la calculator a analizoarelor de gaze,

    Set de butelii continand gaze de etalonare (CO, NO, NO2, SO2, aer sintetic);

    Aparat analiz Hg; Sonda izocinetica STEA4 pentru determinarea

    gravimetric a emisiilor de praf (particule solide);

  • Dotare Aparatur pentru analize speciale ale combustibililor

    ca de ex. : Analizor de determinare a sulfului, prin titrare cu

    ajutorul metodei combustiei pentru aparatul de absortie model U, tip B (cu indicator pe culoare), i

    Analizor de determinare pentru componente azotate tip Kjehldahl,

    Aparat de cernut RETSCH, Cntar electronic computerizat SARTORIUS cu

    memorie Aparatur pentru analize de rutin privind

    determinarea proprietilor generale de ardere ale combustibililor solizi, lichizi;

  • Dotare Hot aspiratoare sub care se efectueaz diferite analize de

    rutin; Aparatur pentru determinarea de imisii de praf, CO, NOx i

    SO2 si anume: Aparatele ML 8850 S pentru analiza imisiilor de dioxid de

    sulf; Aparatele ML 8840 pentru determinarea imisiilor de NO i NO2 Sistem DIA-DAGO de memorare a datelor; Placa de achizitie Siemens pentru achizitia datelor in timp real; Analizor HORIBA APMA 350E pentru determinarea imisi ei de

    CO; Analizor HAWK in IR pentru determinarea pe cale optica a

    imisiei de CO; Analizor de particule PM10 tip LVS3.

  • Soft cu licenFLUENT de analiz cu elemente finite a curgerilor, a

    schimbului de cldur i mas, a cmpurilor termice n fluide, a arderii, a generrii noxelor prin ardere;

    TECPLOT pentru vizualizarea campurilor;

    CALINE, SLAB si CALROAD pentru investigarea dispersiei emisiilor pe durata scurta;

    CALINE (Cal3qhcr) pentru modelarea imisiilornoxelor gazoase in mediul ambiant provenite de la motoarele cu ardere interna ale autovehiculelor aflate in intersecii;

  • SimularenumericISC3 pentru simularea dispersiei de substante gazoase

    sau solide, mai usoare sau mai grele decat aerul si pentru ntomirea curbelor de izoconcentraiiatmosferice (imisii) pentru dispersia noxelor provenite de la surse staionare (couri de fum) sau mobile de ardere (vehicule dotate cu m.a.i.) precum i de la alte surse poluante;

    LAB VIEW, care poate vizualiza concentraiile poluanilor emii de un numr mare de surse staionare;

    ADREA care calculeaza dispersia poluatilor in stadade tip canion;

  • SimulareFIRE (FLOREAN) care simuleza distributia de

    temperatura si profilul de concentratii de noxe in focarele cazanelor precum si de analiz cu elemente finite a curgerilor i a schimbului de cldur;

    LOTHECO care simuleaza optimizarea ciclurilor termodinamice (CET) mixte si sursa suplimentara de caldura de joasa temperatura;

    EMISFAC pentru determinarea emisiilor noxelor gazoase in mediul ambiant provenite de la motoarele cu ardere interna ale autovehiculelor aflate n parcri.

  • tanduri Stand complex (fix) de masurare on line a emisiilor

    poluante si a parametrilor termodinamici ai gazelor de ardere din surse stationare de ardere, incluzandsistem de achizitie de date;

    Stand autorizat pentru ncercarea, conform normelor ISCIR, a cazanelor mici, arztoarelor termice i diverselor aparate consumatoare de combustibil;

    Stand pentru uscarea in strat fluidizat a prafului de carbune;

    Stand pentru analizarea bilanului de Hg n gazele de ardere;

    Statie meteoroligica automata cu memorarea datelor si linie inchiriata spre Fac de Mecanica.

  • Poluarea i echilibrul biologic Ecologia studiaz raporturile pe care organismele le

    ntrein cu mediul care le nconjoar. Mediul nconjurtor reprezint totalitatea factorilor

    naturali i a celor artificiali creai prin aciuni umane, care, n strns interaciune, influeneaz echilibrulecologic, determinnd condiiile de via pentru om idezvoltarea societii.

    n Legea Protec iei Mediului pentru Romnia se indic: "mediul este ansamblul de condiii i elementenaturale ale Terrei: aerul, apa, solul i subsolul, toatestraturile atmosferice, toate materiile organice ianorganice, precum i fiinele vii, sistemele naturale ninteraciune cuprinznd elementele enumerateanterior, inclusiv valorile materiale i spirituale".

  • Ecosistem Mediul are deopotriv un sens topografic (locul sau

    biotipul) i, mai ales, un sens funcional, pe careimprim factorii energetici (cldura, radiaiile), trofici(apa i resursele nutritive) i mecanici (ploaia, vntul).

    Unitatea de baz a ecologiei este ecosistemul. Acestareprezint ansamblul de aciuni reciproce ce se petrecntre numeroase fiine i mediul lor sau, altfel spus, unangrenaj de relaii ce se stabilesc ntre lumea vegetali animal, sub oblduirea acelorai factori fizici, oferide mediu. In sens mai larg prin ecosistem se nelegecomplexul dinamic de comuniti de plante, animale microorganisme i mediul lor lipsit de via, careinteracioneaz ntr-o unitate funcional.

  • Structuraecosistemului componenta abiotic , reprezentat de

    resursele energetice i trofice ale mediului;

    componenta produc toare de materieorganic ;

    componenta consumatoare de materieorganic (animalele vegetariene i carnivore);

    componenta format din microflora imicrofauna solului , care descompune imineralizeaz deeurile organice.

  • Un ecosistem natural este echilibrat Trebuie ns observat c ecosistemele sunt guvernate

    de mecanisme cu o stabilitate labil, capabile s rezisteprin autoreglare, att la schimbrile minore ale mediuluict i la variaiile numrului i modificrilor structuraleale populaiei. Aceste autoreglri au ns limite peste care nu se mai poate trece, fr ca ecosistemul s nu se modifice substanial, sau chiar s se prabueasc.

    Atunci cnd condiiile noi depesc limitele ntre careoscileaz schimbrile obinuite, echilibrul dinamic al ecosistemelor este rupt, cel mai adesea ireversibil i cuefecte imprevizibile.

    Catastrofele naturale i, mai ales, activitatea uman(surse antropice) produc ecosistemelor cele mai profunde tulburri.

  • Progres? Progresul tehnic aduce cu sine, alturi de attea minunate

    realizri, numeroase neajunsuri i o multitudine de substanepoluante, care amenin cu distrugerea mediului nconjurtor.

    Orice substan rezultat din procese chimice, fizice ibiologice, care, rspndit n mediul ambiant, duneazorganismelor vii, bunurilor materiale, operelor de art ipeisajului se numete substan poluant.

    Poluantul este deci o substan solid, lichid, sub form gazoas sau de vapori sau form de energie (radiaieelectromagnetic, ionizant, termic, fonic sau vibraii) care, introdus n mediu, modific echilibrul constituenilor acestuia ia organismelor vii i aduce daune bunurilor materiale. Cuantificarea efectelor activitii umane i a proceselor naturaleasupra mediului, a sntii i securitii omului, precum i a bunurilor de orice fel se realizeaz prin evaluarea impactului

    asupra mediului.

  • Deteriorareamediului

    Prin prejudiciu se nelege efectul cuantificabil n cost al daunelor asupra sntii oamenilor, bunurilor sau mediuluiprovocat de poluani, activiti duntoare sau dezastre.

    In urma deteriorarii mediului se produce alterareacaractersiticilor fizico-chimice i structurale alecomponentelor naturale ale mediului, reducerea diversitii iproductivitii biologice a ecosistemelor naturale iantropizate, afectarea echilibrului ecologic i a calitii vieiicauzate, n principal, de poluarea apei, atmosferei i solului, supraexploatarea resurselor, gospodrirea i valorificarea lordeficitar, ca i prin amenajri necorespunztoare aleteritoriului.

  • Sursele polurii permanente sunt foarte diversificate

    Astfel fabricile de ngrminte chimice emit importante cantitide oxizi de sulf, oxizi de azot, acizi ai fosforului, fabricile de sod emit clor, fabricile de aluminiu emit flor, fabricile de cimenteman praf, rafinriile eman hidrocarburi i dioxid de sulf, combinatele de metalurgie neferoas emit oxizi de sulf, compui ai metalelor grele, oxizi de azot, etc.

    Gazele, evacuate pe courile de fum ale instalaiilor de ardere, conin, de asemenea, importante cantiti de oxizi de sulf, oxizide azot, monoxid i dioxid de carbon, praf de cenu, etc.

    Chiar i prin canalul de fum al courilor imobilelor de locuit suntemise importante substane poluante. Amploarea i primejdiaacestor emisii se explic, pe de o parte, prin aceea ca emisiilede fum se fac la mic nlime i deci dispersia lor n aer esteslab iar, pe de alta parte, prin coninutul relativ ridicat de hidrocarburi grele i gudroane, explicabil prin temperaturile micila care se desfoar procesele de ardere.

  • Automobilelei civilizaia! La toate acestea se adaug noxele evacuate n

    aer odat cu gazele eapate de autovehicule, i

    anume: monoxid i dioxid de carbon, oxizi de

    azot, aldehide, acid clorhidric i bromhidric, acid

    sulfuric i azotic, combinaii ale plumbului, etc.

    Cantitatea acestora este deosebit de mare, n

    acest secol al civilizaiei i depete, n multe

    regiuni, pe cea emis de instalaiile de ardere

    staionare.

  • Efectele nocive ale poluanilor Orice substan sau produs care, folosit n

    cantiti, concentraii sau condiii aparentnepericuloase, prezint risc semnificativ pentruom, mediu sau bunurile materiale (deci pot fi explozive, oxidante, inflamabile, toxice, nocive, corozive, iritante, mutagene sau radioactive) se desemneaz drept substan periculoas.

    Prin ORDIN nr. 592 din 25 iunie 2002 se stabilesc concentraiile maxime (medie lunarsau anual) admise ale unor substane poluanten aerul din zonele protejate.

  • Categorii de poluani noxe care duneaz direct organismului uman, ca de exemplu

    oxizii de azot (NOx), oxizii de sulf (SOx), monoxidul de carbon(CO), precum i unele metale grele ;

    noxe care acioneaz direct asupra vegetaiei, ca de exempludioxidul de sulf (SO2) i combinaiile dintre Cl i H2;

    noxe care stau la baza formrii de acizi, ca de exemplu SO2, SO3, NO i NO2, ce determin formarea ploilor acide idistrugerea pdurilor (Waldsterben);

    noxe persistente n soluri, care, n cadrul lanului biologicplant-animal-om, se acumuleaz i devin astfel nociveorganismului uman, aa cum este cazul metalelor grele;

    noxe care devin factori de influen ai climei, ca de exempluCO2 i N2O, precum i factori importani n declanareaefectului de ser al pmntului sau contribuie la distrugereastratului natural de ozon.

  • Pragul de nocivitate

    Cercetrile n acest domeniu au urmrit

    s stabileasc limita (grania) tolerabil

    a poluanilor n aer, n condiiile

    protejrii sntii oamenilor. S-a ajuns

    la concluzia c impurificarea atmosferei

    poate determina trei riscuri:

  • Nocivitate toxicitatea imediat, datorat expunerii la concentraii relativ

    ridicate ale poluanilor. Aceste cazuri sunt mai puin ntlnite ise datoreaz unor situaii excepionale, ca de exemplu apariiaunor accidente n funcionarea instalaiilor industriale;

    intoxicarea pe termen mai lung, care apare n cazul expuneriila substane cu proprieti cumulative, ele fiind reinute norganism, n stare activ, un timp oarecare. Absorbia repetata micilor doze din aceste substane i eliminarea lor greoaiecreeaz premisele atingerii pragului de concentraie toxic la nivelul receptorilor sensibili. Este cazul metalelor (plumb, mercur, cadmiu), al florului, dar i al anhidridei sulfuroase iacidului sulfuric, susceptibile de a contribui la apariiabronitelor cronice;

    inducia proliferrilor maligne, care rezult din expunerea la substane considerate cancerigene sau potenial cancerigene. Intre aceste substane se numr substanele aromatice:dimetilaminobenzenul, dimetilaminostilbenul, benzopirenul(provenit mai ales de la motoarele diesel prost reglate) sau dietilnitrosamina. Alturi de aceste hidrocarburi, o aciunesimilar pot declana derivaii arsenului, cobaltului, zincului, plumbului i cromului.

  • Formula

    11

    =

    n

    i maxi

    i

    CC

    n care: i este egal cu 1, 2, ... , n;

    Ci concentra ia substantei poluante i n aer;Ci max concentra ia maxim admis pentru poluant.

  • Formula de raportare

    CM este concentraia de nox msuratOM este valoarea msurat a oxigenului

    n fum, n %;O B (ref) este valoarea de referin, conform

    tabelului din legislaie, n %.

    MM

    BBB

    C2121

    C =

    OO

    )O la (raportata

  • Recalcularesprecondiii normale

    pn este presiunea normala

    pb este presiunea barometrica

    p este suprapresiunea (depresiunea)

    [ ] mg/m /,

    t,OO 3

    NMn

    b

    M

    BB Cp

    pp15273

    152732121

    C++

    =

  • Relaie de transformare

    [ ]34138322 N

    mmg/ ,M

    CC Gvm =