Recurso Aire 1 Aspectos Generales
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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.
Generalidades sobre la contaminación del
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
Generalidades sobre la contaminación del
aire
Consideraciones de escala
Tiempo
Espacial
Factores ambientales.
Meteorología
Geograficos.
Factores Económicos
Tipos de actividad económica (CIIU)
Tamaño y tecnología
Materia primas
Generalidades sobre la contaminación del
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
Generalidades sobre la contaminación del
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.
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.
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.
Generalidades de la contaminación del aire
Efectos a la salud humana
Partículas suspendidas:
Óxidos de azufre.
Monóxido de carbono,
Óxidos de nitrógeno
Ozono.
Dioxinas
Generalidades de la contaminación del
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.
Generalidades de la contaminación del
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.
Generalidades de la contaminación del
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
Generalidades de la contaminación del aire
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
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
Constituyente Fórmula Porcentaje en volumen Peso molecular
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
Constituyente Fórmula Porcentaje en volumen Peso molecular
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)