Preguntas Trabajo Investigativo No. 1

1. ¿Qué es la lluvia ácida y cuáles son sus efectos en el ambiente?

¿Por qué es importante tener en cuenta los efectos de la lluvia ácida en la

ingeniería Civil?

2. ¿Qué es el efecto invernadero y cuáles son sus efectos en el ambiente?

¿Qué relación tiene el efecto invernadero con los fenómenos del niño y la niña?

3. ¿En qué consiste el concepto de Esmog Fotoquímico y cómo repercute en el ambiente?

¿Cuándo el ozono se considera como un contaminante atmosférico?

Lluvia ácida

¿Cómo se forma?

La lluvia ácida se forma cuando la humedad en el aire se combina con los óxidos de

nitrógeno, el dióxido de azufre y el trióxido de azufre emitidos por fábricas, centrales

eléctricas, calderas de calefacción y vehículos que queman carbón o productos derivados

del petróleo que contengan azufre. En interacción con el agua de la lluvia, estos gases

forman ácidos nítricos, ácido sulfuroso y ácido sulfúrico. Finalmente, estas sustancias químicas

caen a la tierra acompañando a las precipitaciones, constituyendo la lluvia ácida.

Los contaminantes atmosféricos primarios que dan origen a la lluvia ácida pueden

recorrer grandes distancias, siendo trasladados por los vientos cientos o miles de kilómetros antes

de precipitar en forma de rocío, lluvia, llovizna, granizo, nieve, niebla o neblina. Cuando la

precipitación se produce, puede provocar deterioro en el medio ambiente.

La lluvia normalmente presenta un pH de aproximadamente 5.65 (ligeramente ácido),

debido a la presencia del CO2atmosférico, que forma ácido carbónico, H2CO3. Se considera

lluvia ácida si presenta un pH menor que 5 y puede alcanzar el pH del vinagre (pH 3), valores

que se alcanzan cuando en el aire hay uno o más de los gases citados.

Una gran parte del SO2 (dióxido de azufre) emitido a la atmósfera procede de la emisión

natural que se produce por las erupciones volcánicas, que son fenómenos irregulares. Sin

embargo, una de las fuentes de SO2 es la industria metalúrgica. El SO2 puede proceder también

de otras fuentes, por ejemplo como el sulfuro de dimetilo, (CH3)2S, y otros derivados, o como

sulfuro de hidrógeno, H2S. Estos compuestos se oxidan con el oxígeno atmosférico dando SO2.

Finalmente el SO2 se oxida a SO3 (interviniendo en la reacción radicales hidroxilo y oxígeno) y

este SO3 puede quedar disuelto en las gotas de lluvia, es el de las emisiones de SO2 en procesos

de obtención de energía: el carbón, el petróleo y otros combustibles fósiles contienen azufre en

unas cantidades variables (generalmente más del 1 %), y, debido a la combustión, el azufre se

oxida a dióxido de azufre.

S + O2 → SO2

Los procesos industriales en los que se genera SO2, por ejemplo, son los de la industria

metalúrgica. En la fase gaseosa el dióxido de azufre se oxida por reacción con el radical

hidroxilo por una reacción intermolecular.

SO2 + OH· → HOSO2 seguida por HOSO2· + O2 → H2O· + SO 3

En presencia del agua atmosférica o sobre superficies húmedas, el trióxido de azufre

(SO3) se convierte rápidamente en ácido sulfúrico H2SO4).

SO3 (g) + H2O (l) → H2SO4(l)

Otra fuente del óxido de azufre son las calderas de calefacción domésticas que usan

combustibles que contiene azufre (ciertos tipos de carbón o gasóleo).

El NO se forma por reacción entre el oxígeno y el nitrógeno atmosféricos a alta temperatura.

O2 + N2 → 2NO

Una de las fuentes más importantes es a partir de las reacciones producidas en

los motores térmicos de los automóviles y aviones, donde se alcanzan temperaturas muy altas.

Este NO se oxida con el oxígeno atmosférico,

O2 + 2NO → 2NO2, y este 2NO2

y reacciona con el agua dando ácido nítrico (HNO3), que se disuelve en el agua.

3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO

Para evitar esta producción se usan en los automóviles con motor de gasolina, los

catalizadores que disocian el óxido antes de emitirlo a la atmósfera. Los vehículos con motor

diesel no pueden llevar catalizadores y por lo tanto, en este momento son los únicos que

producen este gas.

Efectos de la lluvia acida:

La acidificación de las aguas de lagos, ríos y mares dificulta el desarrollo de vida

acuática, lo que aumenta en gran medida la mortalidad de peces. Igualmente, afecta directamente

a la vegetación, por lo que produce daños importantes en las zonas forestales, y acaba con

los microorganismos fijadores de nitrógeno.

El término "lluvia ácida" abarca la sedimentación tanto húmeda como seca de contaminantes

ácidos que pueden producir el deterioro de la superficie de los materiales.

Estos contaminantes que escapan a la atmósfera al quemarse carbón y otros componentes

fósiles reaccionan con el agua y los oxidantes de la atmósfera y se transforman químicamente en

ácido sulfúrico y nítrico. Los compuestos ácidos se precipitan entonces caen a la tierra en forma

de lluvia, nieve o niebla, o pueden unirse a partículas secas y caer en forma de sedimentación

seca.

La lluvia ácida por su carácter corrosivo, corroe las construcciones y las infraestructuras.

Puede disolver, por ejemplo, el carbonato de calcio, CaCO3, y afectar de esta forma a los

monumentos y edificaciones construidas con mármol o caliza.

Un efecto indirecto muy importante es que los protones, H+, procedentes de la lluvia

ácida arrastran ciertos iones del suelo. Por ejemplo, cationes de hierro, calcio, aluminio, plomo o

zinc. Como consecuencia, se produce un empobrecimiento en ciertos nutrientes esenciales y el

denominado estrés en las plantas, que las hace más vulnerables a las plagas.

Los nitratos y sulfatos, sumados a los cationes lixiviados de los suelos, contribuyen a

la eutrofización de ríos y lagos, embalses y regiones costeras, lo que deteriora sus condiciones

ambientales naturales y afecta negativamente a su aprovechamiento.

Un estudio realizado en 2005 por Vincent Gauci1 de Open University, sugiere que

cantidades relativamente pequeñas de sulfato presentes en la lluvia ácida tienen una fuerte

influencia en la reducción de gas metano producido por metanógenos en áreas pantanosas, lo

cual podría tener un impacto, aunque sea leve, en el efecto invernadero.

Efectos en la ing civil:

Las precipitaciones pluviales debería estar prácticamente libre de las impurezas, sin

embargo frecuentemente no es así porque al atravesar el ambiente atmosférico se contamina con

las sustancias ajenas a la composición natural del aire que este puede contener, con la cual antes

de tomar contacto con la superficie terrestre, el agua de lluvia ya exhibe una cierta

contaminación, tal contaminación depende, en calidad y en cantidad, de las clases de sustancias

que vician el aire atmosférico del lugar y de la proporción que se encuentran de esta manera el

grado ofensivo que el agua de lluvia puede exhibir como medio de contacto con

el concreto resulta muy variable. 

En términos generales puede considerarse que el agua de lluvia de las zonas rurales y urbanas

poco pobladas, es prácticamente inofensiva para las estructuras de concreto, así estas presentan

un buen drenaje que evite su acumulación, en cuanto al agua de lluvia que se precipita en zonas

densamente pobladas o industriales, la situación es diferente por la contaminación atmosférica,

independientemente de la diversidad de las sustancias químicas que puede existir en el aire

atmosférico en las zonas industriales hay una condición que ocurre con cierta frecuencia en los

grandes centros de población, y se refiere a la presencia del anhídrido sulfúrico o gas sulfuroso

(SO2) proveniente de los escapes de los motores de combustión interna de los vehículos y de

otros procesos de combustión. 

Este gas en contacto con el agua de lluvia genera una reacción que conduce a la forma de

llamado ácido sulfúrico: 

SO2 + H2O· → SO3H2

De esta manera, en presencia de alta concentración de SO2 en el ambiente atmosférico, el agua de

lluvia adquiere carácter ácido (lluvia ácida) con un PH que en casos extremos puede ser tan bajo

como 3.0, con lo cual se convierte en un medio de contacto agresivo para las estructuras

de concreto, porque contribuye el riesgo de corrección de acero de refuerzo. La cual a la larga

constituye un factor significativo para anticipar el envejecimiento por intemperización de las

estructuras de concreto que prestan servicios a grandes ciudades. 

La lluvia ácida y la sedimentación seca de partículas ácidas contribuyen a la corrosión de

los metales (tales como el bronce) y al deterioro de la pintura y la piedra (tales como el mármol y

la piedra caliza). Esos efectos reducen considerablemente el valor que representan para la

sociedad los edificios, puentes, objetos culturales (tales como estatuas, monumentos y lápidas),

así como los automóviles.

La sedimentación seca de compuestos ácidos también puede ensuciar los edificios y otras

estructuras, lo cual se traduce en mayores costos de mantenimiento. A fin de disminuir el daño

que causan la lluvia y la sedimentación seca ácidas a la pintura de los vehículos, algunos

fabricantes emplean pinturas resistentes al ácido, a un costo promedio de $5 por cada nuevo

vehículo (o sea, un total de $61 millones anuales por la totalidad de los automóviles y camiones

nuevos que se venden en los Estados Unidos).

Posibles soluciones:

Entre las medidas que se pueden tomar para reducir la emisión de los contaminantes

precursores de éste problema tenemos las siguientes: 

1. Reducir el nivel máximo de azufre en diferentes combustibles. 

2. Producir el cierre de refinerías. 

3. Impulsar el uso de gas natural en diversas industrias. 

4. Introducir el convertidor catalítico de tres vías. 

5. La conversión a gas en vehículos de empresas mercantiles y del gobierno. 

6. Ampliación del sistema de transporte eléctrico. 

7. Instalación de equipos de control en distintos establecimientos. 

8. No agregar muchas sustancias químicas en los cultivos. 

9. Adicción de un compuesto alcalino en lagos y ríos para neutralizar el pH. 

10. Control de las condiciones de combustión.

Estudio de caso: La lluvia ácida causa grandes daños en la Ciudad de México

En la ciudad de México durante 20% de los días de lluvia se presenta el fenómeno

conocido como ’lluvia ácida’, es decir, que la precipitación pluvial contiene partículas de ácidos,

como el sulfúrico principalmente, informó la Secretaría del Medio Ambiente del Distrito Federal.

La lluvia ácida se forma cuando en la atmósfera se concentran ciertas partículas

contaminantes, producto principalmente de la quema de combustibles fósiles como el dióxido de

azufre y de nitrógeno, que al combinarse con las gotas de lluvia forman ácidos.

Esta lluvia ácida, explicó Víctor Hugo Páramo, director general de Gestión Ambiental del Aire

de la Secretaría de Medio Ambiente del Distrito Federal, afecta principalmente el entorno urbano

y ecológico.

El Distrito Federal tiene un promedio de 146 días de lluvia anualmente, es decir que cada

año durante 29 días, la ciudad recibe precipitaciones contaminadas.

El especialista señala que monumentos y edificios históricos de metal, mármol y cantera resultan

afectados y su superficie comienza a deteriorarse al ser expuesta a los contaminantes. Estos

materiales comienzan a presentar daños aceleradamente e incluso a partir de los 5 años de estar

en contacto con la sustancia ya presentan afectaciones visibles.

Además, el fenómeno altera las condiciones de la tierra de cultivo y las de los lagos y las

partículas de ácidos (precursoras de la lluvia ácida) llegan directo hasta los pulmones de la

población, lo que puede generar algún daño a la salud a largo plazo.

La afectación a monumentos adquiere una particular importancia en una ciudad como el

DF cuyo centro histórico es considerado patrimonio histórico y donde los monumentos abundan.

Tan sólo en el Paseo de la Reforma, una de las principales avenidas de la ciudad existen

alrededor de 100 monumentos, muchos de los cuales presentan daños por la lluvia ácida.

Un ejemplo es la estatua de Cuauhtémoc ubicada en Reforma que fue restaurada en julio del

2004.

En su momento, el responsable de la restauración, el doctor en arquitectura Ricardo Prado, acotó

que la estatua se encontraba dañada y oxidada por efecto de la lluvia ácida, por lo que se tomó la

determinación de protegerla con una laca especial para evitar que se deteriore nuevamente, sin

embargo indicó que pocos monumentos en la ciudad están protegidos. Además la estatua fue

sometida a un meticuloso proceso de limpieza.

Al respecto, Víctor Hugo Páramo reconoció que con este porcentaje de días de lluvia ácida, los

monumentos presentan daños visibles en un plazo de entre 5 y 15 años dependiendo de los

materiales de que están conformados y la calidad de los mismos.

Lo más sensible a la lluvia ácida es la cantera, el mármol y ciertos metales; las piedras, explicó

se degradan mientras que los metales se corroen y se oxidan.

Otras afectaciones:

La lluvia ácida también altera el entorno ecológico. De acuerdo con información del

Instituto Nacional de Ecología (INE), la lluvia ácida empobrece la tierra y altera la acidez del

agua de los lagos lo que daña a los organismos que los habitan.

En los bosques, la lluvia ácida no mata directamente a plantas y árboles, sino que los

debilita y destruye la cubierta natural de sus hojas. Respecto a la salud de las personas, la lluvia

ácida no tiene efectos directos (por ejemplo no lesiona la piel que entre en contacto con ésta).

El daño que produce a las personas -señaló Páramo- está más relacionado con las

partículas precursoras, es decir las partículas sólidas que llegan al sistema respiratorio.

En ese sentido, el funcionario admitió que es necesario bajar aún más el número de eventos

de lluvia ácida, pero para ello, es necesario reducir los niveles de azufre que contienen los

combustibles que se utilizan en la ciudad, de lo contrario, no se podrá reducir este índice.

¿Qué es el efecto invernadero?

Es el fenómeno mediante el cual la temperatura de un ambiente cerrado, en el que

ingresa la radiación solar, se incrementa muy por encima de la temperatura exterior a dicho

ambiente.

Por ejemplo:

Dentro de un invernadero (como el utilizado para el cultivo de vegetales), la

temperatura es más alta que en el exterior, sin necesidad de que empleemos

calefacción para hacerlo.

También puede tratarse de un colector solar de placa plana, como el empleado en

los calefones solares.

O bien toda la superficie de la tierra con su atmósfera. La temperatura media en la

Tierra es de unos 15ºC y si la atmósfera no existiera sería de unos -18ºC.

En todos estos casos podemos hablar de la presencia de efecto invernadero.

¿Por qué se produce el efecto invernadero?

Este fenómeno se origina porque la energía que llega del sol, al proceder de un cuerpo a

muy elevada temperatura, está formada por radiación de onda corta que traspasa la atmósfera con

gran facilidad. La energía que llega, calienta la superficie terrestre, y esta se enfría emitiendo

radiación. La energía emitida hacia el exterior, desde la Tierra, al proceder de un cuerpo mucho

más frío, está formada por radiación de onda larga, y es absorbida por los gases con efecto

invernadero. Esta retención de la energía hace que la temperatura sea más alta de la que habría si

no existiera la atmósfera.

El efecto invernadero hace que la temperatura media de la superficie de la Tierra sea

33ºC mayor que la que tendría si no existieran gases con efecto invernadero en la atmósfera. 

Aunque hay que entender bien que, al final, en condiciones normales, es igual la cantidad de

energía que llega a la Tierra que la que esta emite. (Esteban, 2015).

Repercusiones del efecto invernadero en el ambiente

El efecto invernadero es un fenómeno que afecta de manera directa los agentes

atmosféricos, como la temperatura y la sensación térmica. Los principales efectos que tiene sobre

el ambiente es sus grandes contribuciones al cambio climático y el calentamiento global.

Cambio climático y Calentamiento Global

Los componentes de la atmósfera se han mantenido estables en los últimos miles de años,

de manera que el balance entre la radiación solar que entra y la radiación infrarroja terrestre que

sale se ha mantenido aproximadamente en equilibrio, manteniendo una temperatura media

relativamente estable.

Pero en el último siglo la concentración de anhídrido carbónico y otros gases de efecto

invernadero en la atmósfera ha ido creciendo constantemente debido a la actividad humana: 

A comienzos de siglo por la quema de grandes masas de vegetación para ampliar las

tierras de cultivo, lo que reduce el proceso de absorción de anhídrido carbónico.

En los últimos decenios, por el uso masivo de combustibles fósiles como el petróleo,

carbón y gas natural, con lo que se libera el carbono depositado en el interior de la Tierra

a lo largo de millones de años.

Algunos procesos industriales liberan gases que tienen efecto invernadero ( CO2, metano,

óxido nitroso, gases fluorados).

Por lógica muchos científicos piensan que a mayor concentración de gases con efecto

invernadero se producirá mayor aumento en la temperatura en la Tierra.

(Esteban, 2015).

Las principales consecuencias del efecto invernadero son, entre otras las siguientes:

Aumento de la temperatura media de la Tierra de de 0,2 grados centígrados por decenio

(previsión)

Reducción de la superficie de glaciares y, como consecuencia, elevación del nivel del

agua de los mares y océanos

Posibles inundaciones de zonas próximas al mar o isla

Afectación de los ecosistemas por el cambio en el clima, con lo que plantas y animales

deben adaptarse a una nueva situación

Disminución de recursos hídricos por las sequías y la mayor evaporación del agua, ciertas

zonas fértiles podrían convertirse en desiertos

Impacto negativo en la agricultura y de la ganadería por los cambios en las

precipitaciones

Estos cambios han sido anunciados durante décadas por los científicos, y se han ido

detectando y comprobando en la humanidad, por lo que el efecto se está haciendo palpable.

Relación entre el efecto invernadero y los fenómenos del niño y de la niña

Para hablar de una relación entre estos tres fenómenos climáticos, debemos remitirnos a

lo que data la ciencia en cuanto a sus efectos en los agentes atmosféricos.

“…Nuevos estudios sobre fuertes tormentas e inundaciones catastróficas arrojan más

pruebas a la teoría de que los crecientes niveles de gases de efecto invernadero aumentan las

probabilidades de que ocurran dichos fenómenos climáticos tan extremos, y hasta puede que los

agraven.” (Zwiers, 2002).

De lo anterior, podemos inferir que la relación intima entre estos fenómenos se da en gran

medida por la precipitación, ya que los estudios llevados a cabo dictan que a mayor nivel de

gases de efecto invernadero (GEI), se aumentan los cambios bruscos en el clima, dando paso a

los fenómenos climáticos, entre los cuales podemos destacar los fenómenos del niño y la niña.

Smog fotoquímico

La palabra esmog o “smog”, proviene de una relación entre dos palabras de la lengua

inglesa: smoke y fog, que significan humo y niebla respectivamente, se le atribuye ese mote

porque tiene aspecto de niebla sucia o turbia.

El smog típico es el resultado de grandes cantidades de contaminación atmosférica, en

especial humo de la quema de carbón, los gases expulsados por los autos, y las industrias.

Cuando dichos contaminantes se combinan en un periodo de alta presión se produce un

estancamiento del aire formando una niebla que está compuesta de aire contaminado, en vez de

componerse de gotas de agua suspendidas.

El smog fotoquímico se forma cuando los fotones de la luz solar chocan con moléculas

de diferentes tipos de agentes contaminantes en la atmósfera. Los fotones hacen que se

produzcan una reacciones químicas. Permitiendo que las moléculas de contaminación se

conviertan en otros tipos de químicos nocivos de la siguiente forma:

Durante el día el dióxido de nitrógeno se disocia en monóxido de nitrógeno y radicales

oxigeno:

NO2 +hν→NO+O·

El O· se combina con oxígeno molecular generando ozono:

O·+O2 →O3

En ausencia de COVs este ozono oxida al monóxido de nitrógeno de la etapa anterior:

O3 +NO→O2 +NO2

Pero en presencia de COVs, éstos se transforman en radicales peroxi que a su vez oxidan

al NO:

ROO· + NO → RO· + NO2

De esta forma el NO no está disponible para reaccionar con el ozono y éste se acumula en

la atmósfera.

Muchos de los radicales RO· generados terminan formando aldehídos Éstos, cuando la

concentración de NO es baja (conforme avanza el día), pueden reaccionar con NO2

dando lugar a compuestos del tipo RCOOONO2 (cuando R es un metilo se denomina

peróxido de acetilnitrato, PAN, un compuesto toxico).

La formación del HNO3 se produce al final del día por reacción del NO2 con radicales

oxhidrilo:

NO2 + OH· → HNO3

Durante la noche los radicales OH· pueden reaccionar con el NO dando ácido nitroso,

que se disocia en presencia de luz, pero es estable durante la noche.

OH· + NO → HONOHONO + hν → OH· + NO

Durante la noche las reacciones de smog fotoquímico se ven muy reducidas al necesitar

la luz para funcionar, aunque éstas pueden continuar a través de otros compuestos.

Efectos del Smog fotoquímico en el ambiente

El smog fotoquímico origina distintos compuestos contaminantes que al estar presentes

en el aire tienen consecuencias como:

Oscurecimiento de la atmósfera dando paso a atardeceres de tono pardo rojizo como los

tiene la ciudad de Los Ángeles en Estados Unidos.

Afecta el sistema respiratorio produciendo inflamaciones que pueden persistir hasta 18

horas después de la exposición al smog. Produce tos, resuellos y estrechez del pecho

Pueden agravarse las afecciones al corazón y en los pulmones

Incremento de los síntomas del asma.

Mortalidad prematura. 

Daña el sistema nervioso central, sistema respiratorio; bronquitis, tos, etc.

En cantidades bajas puede causaar mareo, nauseas, tos, fatiga, etc.

En cantidades medias, desmayos, vomito, etc.

En altas concentraciones: puede llegar hasta la muerte por que es muy dañino

es tóxico para las plantas y produce envejecimiento celular prematuro.

El ozono como contaminante atmosférico

Se considera el ozono como contaminante atmosférico cuando está en la Tropósfera, es

decir, a ras de tierra y formando parte del aire que respiramos, es un contaminante que agrede

nuestras mucosas e irrita el tracto respiratorio y los ojos, facilitando la acción de virus y

bacterias.

Así, el Ozono Estratosférico es un elemento que protege la existencia de vida sobre la

Tierra, pero el Ozono Troposférico es un contaminante peligroso para el ser humano. En ambos

casos el gas es el mismo y tiene las mismas características, pero su acción es distinta.

El ozono troposférico es un contaminante secundario, esto es que se forma a partir de

reacciones fotoquímicas complejas con intensa luz solar entre contaminantes primarios como son

los óxidos de nitrógeno (NO, NO2) y compuestos orgánicos volátiles (COV) (ver figura 1). Los

óxidos de nitrógeno se generan en los procesos de combustión y especialmente por el tráfico

rodado. Los compuestos orgánicos volátiles se generan a partir de un número de fuentes variado,

transporte por carretera, refinerías, pintura, limpieza en seco de tejidos, y otras actividades que

implican el uso de disolventes. (Gutierrez, 2006)

Fundación Universitaria del área andina

Trabajo Investigativo # 1

Ingeniería ambiental y sanitaria ( G 601)

Presentado a

Ing. Hernando Oñate

Presentado por

Carlos Figueroa García

Daniel Castro Nuñez

Juan David Argumedo

Facultad de ingenierías

Ingeniería civil

Valledupar – Cesar

2015-3