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Contaminación del aire

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09 Junio 2004
CONTAMINACIÓN DEL
AIRE
s
LA ATMÓSFERA: es una capa
delgada de gases mezclados que
cubren la superficie de la tierra.
Su masa total es de
aproximadamente 5.14x1015
toneladas métricas, y tiene
aproximadamente 10,000 km de
espesor.
Mas del 99% de su masa total se
encuentra dentro de
aproximadamente los primeros
50 km de altitud
COMPOSICIÓN
Gas Composición
química
Porcentaje
(por volumen
de aire seco)
Nitrogeno N2 78.08
Oxigeno O2 20.95
Argón Ar 0.93
Neón Ne 0.0018
Helio He 0.0005
Hidrogeno H2 0.00005
Xenón Xe 0.000009
Ha venido cambiando de
manera gradual a lo largo
del tiempo debido a
proceso naturales y a
procesos antropogénicos.
Tabla 1. Gases permanentes cerca de
la superficie de la tierra (~80 Km)
Sustancia
Composición
química
Porcentaje
(por volumen
de aire seco)
ppm
(partes por
millón)
Vapor de agua H2O 0 - 4 -------
CO2 CO2 0.035 350
Metano CH4 0.00017 1.7
Oxido nitroso N2O 0.00003 0.3
Ozono O3 0.000004 0.04
Materia
particulada
------- 0.000001 0.01
Flouroclorocarb
onos (CFCs)
------- 0.00000001 0.0001
COMPOSICIÓN
Tabla 2. Sustancias variables cerca de la
superficie de la tierra
Es una mezcla
compleja de gases y de
partículas sólidas y
líquidas en suspensión
atraídas por la
gravedad. En ella se
producen todos los
fenómenos climáticos
y meteorológicos que
afectan al planeta,
regula la entrada y
salida de energía a la
tierra y es el principal
medio de transferencia
de calor.
AEROSOLES: También se les conoce como materia particulada incluye
cualquier partícula sólida o líquida (a excepción del agua) suspendida en el aire tales
como metales, polvos, humos y gotitas pequeñas de ácido sulfúrico. Su efecto
inmediato más notorio es visibilidad reducida.
Día limpio Día moderadamente contaminado
GASES EFECTO
INVERNADERO:
Se refiere a aquellos gases en la
atmósfera (la mayoría de los cuales
ocurren de manera natural) que
absorven la radiación de onda larga
emitida por la superficie de la tierra
y que es re-emitida de regreso hacia
la superficie, conociéndosele como
el efecto invernadero.
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  • 2. LA ATMÓSFERA: es una capa delgada de gases mezclados que cubren la superficie de la tierra. Su masa total es de aproximadamente 5.14x1015 toneladas métricas, y tiene aproximadamente 10,000 km de espesor. Mas del 99% de su masa total se encuentra dentro de aproximadamente los primeros 50 km de altitud
  • 3. COMPOSICIÓN Gas Composición química Porcentaje (por volumen de aire seco) Nitrogeno N2 78.08 Oxigeno O2 20.95 Argón Ar 0.93 Neón Ne 0.0018 Helio He 0.0005 Hidrogeno H2 0.00005 Xenón Xe 0.000009 Ha venido cambiando de manera gradual a lo largo del tiempo debido a proceso naturales y a procesos antropogénicos. Tabla 1. Gases permanentes cerca de la superficie de la tierra (~80 Km)
  • 4. Sustancia Composición química Porcentaje (por volumen de aire seco) ppm (partes por millón) Vapor de agua H2O 0 - 4 ------- CO2 CO2 0.035 350 Metano CH4 0.00017 1.7 Oxido nitroso N2O 0.00003 0.3 Ozono O3 0.000004 0.04 Materia particulada ------- 0.000001 0.01 Flouroclorocarb onos (CFCs) ------- 0.00000001 0.0001 COMPOSICIÓN Tabla 2. Sustancias variables cerca de la superficie de la tierra Es una mezcla compleja de gases y de partículas sólidas y líquidas en suspensión atraídas por la gravedad. En ella se producen todos los fenómenos climáticos y meteorológicos que afectan al planeta, regula la entrada y salida de energía a la tierra y es el principal medio de transferencia de calor.
  • 5. AEROSOLES: También se les conoce como materia particulada incluye cualquier partícula sólida o líquida (a excepción del agua) suspendida en el aire tales como metales, polvos, humos y gotitas pequeñas de ácido sulfúrico. Su efecto inmediato más notorio es visibilidad reducida. Día limpio Día moderadamente contaminado
  • 6. GASES EFECTO INVERNADERO: Se refiere a aquellos gases en la atmósfera (la mayoría de los cuales ocurren de manera natural) que absorven la radiación de onda larga emitida por la superficie de la tierra y que es re-emitida de regreso hacia la superficie, conociéndosele como el efecto invernadero. www.eecs.umich.edu/mathscience/funexperiments/agesubject/lessons/images/diagrampage.html
  • 7. GASES IMPLICADOS: La frecuencia con que se menciona el CO2 en relación con el efecto invernadero, hace que muchos ignoren que el principal gas de invernadero en la atmósfera terrestre es el agua (en estado de vapor). Los gases de invernaderos, ordenados por un efecto decreciente, son: Vapor de agua (H2O) Dióxido de carbono (CO2) Metano (CH4) Óxidos de nitrógeno (NOx) Ozono (O3), y Cloroflourocarbonos (CFC´s).
  • 8. IMPORTANCIA DE LAATMÓSFERA •Capa protectora •Fuente de dióxido de carbono y oxígeno •Fuente de nitrógeno •Transporta agua •Filtra, absorbe y re- absorve la radiación electromagnética del sol
  • 9. ESTRATOS DE LAATMOSFERA: La atmosfera se estratifica de acuerdo con la relación temperatura-densidad, como resultado de las interacciones entre los procesos físicos y fotoquímicos en el aire
  • 10. TROPOSFERA •Capa mas baja (10-16 km). •La composición de los gases permanentes generalmente homogenea. •Temperatura decrece con altitud (-56 °C) •Existe una mezcla constante de las masas de aire
  • 11. ESTRATOSFERA: •Se extiende hasta unos 50 km a partir de la tropopausa. •La temperatura aumenta con la altura debido a los proceso de absorción de radiación UV por la rica capa de ozono (20- 50 km) •La temperatura llega a un valor máximo (-2 °C) comparable a la temperatura terestre.
  • 12. MESOSFERA: •A partir de la estratopausa, la temperatura desciende (- 90°C, 80 km) debido a la usencia de especies absorbentes de radiación •La velocidad del viento alcanza valores de hasta 150 m/s •Regiones mas altas predominan iones y moléculas
  • 13. TERMOSFERA: •Se extiende hasta los límites exteriores lejanos (500 km). •La temperatura se incrementa (1,200 °C) •Ocurre la disociación e ionización de las moléculas constituyentes del aire •Predomina la difusión frente la mezcla •El O2 se encuentra en forma atómica (200 km) y es el principal constituyente
  • 14. CONTAMINACIÓN DEL AIRE El término se puede referir a la presencia de sustancia en el aire, a concentraciones, duraciones y frecuencias tales que pueden afectar de manera adversa a la salud y el bienestar tanto de la especie humana o del ambiente.
  • 15. PRINCIPALES CONTAMINANTES FUENTES Dióxido de azufre y partículas Quema combustibles, fundidoras Predominantemente en exteriores Ozono Reacciones fotoquímicas Polens Árboles, semillas, plantas, pastos Plomo y manganeso Automóviles Plomo y cadmio Emisiones industriales COV´s, hidrocarburos aromáticos policíclicos Solventes petroquímicos, vapores de combustibles almacenados Óxidos de nitrógeno y monóxido de carbono Quema de combustibles Ambas, interiores y exteriores Dióxido de carbono Quema de combustibles, actividad metabólica Partículas Humo de tabaco, resuspensión, condensación de vapores y productos de combustión Vapor de agua Actividad biológica, combustión, evaporación Compuestos orgánicos volátiles Volatilización, combustión, pintura, acción metabólica, pesticidas, insecticidas, fungicidas Esporas Hongos, moho
  • 16. PRINCIPALES CONTAMINANTES FUENTES Radón Suelo, materiales de construcción, agua Predominantemente en interiores Formaldehido Aislantes, equipamiento de edificios, humo de tabaco Asbestos Retardadores de fuego, aislantes Amonio Productos de limpieza, actividad metabólica Compuestos aromáticos policíclicos, arsénico, nicotina, acroleina Humo de tabaco COV´s Adhesivos, solventes, cocinar, cosméticos Mercurio Fungicidas, pinturas, derrames Aerosoles Productos de consumo, polvo de casa Alergenos Polvo de casa, descamación piel de animales o pelusas Microorganismos Infecciones
  • 17. CONTAMINANTES CRITERIO: CONTAMINANTE FUENTE EFECTOS Natural Antropogénica NOx Acción bacteriana Vehículos de motor, plantas eléctricas, disposición de residuos Problemas respiratorios, disminuye resistencia del cuerpo a las infecciones, precursores de smog fotoquímico SO2 Erupciones volcánicas Refinerías, plantas eléctricas, papeleras y fundidoras Lluvia ácida: enfermedades respiratorias, daño a la vegetación, destruye estructuras CO Incendios forestales Vehículos automotores y combustión de energéticos Interfiere con la habilidad de la sangre para la absorción del oxígeno. Como consecuencia produce estupor, disminución en los reflejos, causa mareos. Afecta el crecimiento y desarrollo mental del feto. Letal a altas concentraciones y de alto riesgo para personas con problemas cardiacos.
  • 18. CONTAMINANTE FUENTE EFECTOS Natural Antropogénica Aerosoles (PM10, PM2.5, polvo, humo, metales) Erosión eólica Estaciones eléctricas de carbón y/o aceite, boilers industriales, incineradores de basura, calefactores domésticos, procesos industriales, motores diesel, construcción, minería, manufactura del cemento, bancos de materiales. Sedimentan en los pulmones causando una gran variedad de síntomas respiratorios. Exposición prolongada aumenta el riesgo de muerte por enfermedades del corazón y pulmones O3 Nominal Contaminante secundario a partir de COVs Irritación de las mucosas del sistema respiratorio, causante de tos, afecta la función pulmonar, reduce la resistencia a gripes y neumonía. Puede agravar los problemas cardiacos crónicos, asma, bronquitis y enfisema. Compuestos orgánicos volátiles (VOCs) Biogénico Vehículos de motor, refrigerantes, solventes limpiadores, procesos industriales Precursores de smog fotoquímico, reduce visibilidad, producen congestión pulmonar y tos, son carcinogénicos y promueven el desarrollo de leucemia CONTAMINANTES CRITERIO:
  • 19. INVERSIÓN TÉRMICA Normalmente, el aire de las capas bajas es más caliente que el de las superiores, lo cual le lleva a ascender hasta enfriarse. Ello permite una continua circulación atmosférica en sentido vertical que renueva el aire de las diferentes capas. La inversión térmica es un fenómeno meteorológico que se da en las capas bajas de la atmósfera terrestre. Consiste en el aumento de la temperatura con respecto a la altitud en una capa de la atmósfera
  • 20. LA ISLA DE CALOR Comúnmente se da el fenómeno de elevación de la temperatura en zonas urbanas densamente construidas causado por una combinación de factores tales como la edificación, la falta de espacios verdes, los gases contaminantes o la generación de calor. Se ha observado que el fenómeno de la isla de calor aumenta con el tamaño de la ciudad y que es directamente proporcional al tamaño de la mancha urbana.
  • 21. METODOS DE MEDICIÓN DE LA CALIDAD DEL AIRE Existen muchas formas de medir la contaminación del aire los cuales abarcan métodos químicos simples ó métodos de algunas técnicas electrónicas más sofisticadas. De manera general podemos distinguir cuatro métodos principales para medir la contaminación del aire.
  • 22. MUESTREO PASIVO: Se denomina muestro pasivo porque los equipos de muestreo no tienen sistema de bombeo alguno. En lugar de ello el flujo de aire se controla por un proceso físico, tal como la difusión. Los tubos tienen una longitud de 71 mm con un diámetro interno de 11 mm y en uno de sus extremos contienen una fina malla de acero recubierta con trietanolamida, la cual convierte el dióxido de nitrógeno a nitrito, quedando atrapado para su posterior análisis en el laboratorio
  • 23. MUESTREO ACTIVO En estos métodos se bombea un volumen conocido de aire a través de un colector (un filtro a una solución química) por un periodo de tiempo conocido, El colector se remueve del sistema de bombeo y es mas tarde analizado en el laboratorio. De manera general, el muestreo activo utiliza métodos físicos o químicos para colectar el aire contaminado. Equipo básico para el muestreo de partículas: 1.- Sostenedor del filtro, 2. Medidor del flujo, 3. Bomba, 4.- Batería
  • 24. MÉTODOS AUTOMÁTICOS: Estos métodos son los mejores en términos de la alta resolución de sus mediciones, permitiéndonos la realización de un monitoreo continuo para concentraciones horarias hasta menores. El espectro de contaminantes que se pueden determinar van desde los contaminantes criterio (PM10-PM2.5, CO, SO2, NO2, O3) hasta tóxicos en el aire como el plomo y los compuestos orgánico volátiles. Las muestras colectadas se analizan utilizando una variedad de métodos los cuales incluyen la espectroscopia y cromatografía de gases.
  • 25. MÉTODOS ÓPTICOS DE PERCEPCIÓN REMOTA: Estos métodos se basan en técnicas espectroscópicas. Con ellos es posible hacer mediciones en tiempo real de la concentración de un buen número de contaminantes entre los que se incluyen NO2 y SO2.
  • 26. APLICACIONES CLAVE: •Análisis de la tendencia de la calidad del aire ambiente •Validación de modelos de dispersión Evaluación de las acciones implementadas para reducir las emisiones •Evaluación de los riesgos a la salud •Evaluaciones de impacto ambiental •Identificación de fuentes de contaminación del aire y suelo •Impacto de las emisiones provenientes de procesos y zonas industrials. •Mantenimiento de los objetivos de calidad del aire
  • 27. VENTAJAS •Sin contacto directo •Sin contaminación •Alto nivel de seguridad •Tiempo Real •Cuantificación (relativa/absoluta
  • 28. MÉTODOS Y EQUIPOS DE CONTROL CONTAMINACIÓN DEL AIRE La forma mas efectiva de atacar el problema de la contaminación del aire es prevenir la formación de los contaminantes o minimizar su emisión en las fuentes mismas. En el caso de los contaminantes industriales este se puede lograr por medio de la investigación de varias técnicas en alguna de las fases tempranas del diseño del proceso y desarrollo, lo que nos ayuda a seleccionar los métodos que no contribuyan a la contaminación del aire o que tienen un efecto mínimo.
  • 29. El control de los contaminantes en la fuente se puede lograr de varias formas: •Cambios en las materias primas, •Cambios operacionales, •Modificación o remplazamiento de equipos de producción, y/o por medio de una •Operación mas efectiva de los equipos existentes. MÉTODOS DE CORRECCIÓN EN LA FUENTE
  • 30. LIMPIEZA DE EMISIONES GASEOSAS Cuando los métodos de corrección en la fuente no pueden ser aplicados entonces el control de los contaminantes se hace en los gases efluentes usando técnicas de limpieza de gases. Estas incluyen muchas de las técnicas ingenieriles que en el presente forman la parte principal de la tecnología del control de la contaminación del aire.
  • 31. CONTROL DE GASES Y OLORES ABSORCIÓN: Basados en el principio de la absorción, transfieren el contaminante de la fase gaseosa a liquida. Esto es un proceso de transferencia de masa en el cual el gas se disuelve en el líquido. El contaminante gaseoso se mueve de puntos de alta concentración a puntos de baja, y la remoción del gas contaminante se lleva a cabo en tres fases: •Difusion del gas hacia la superficie del líquido •Disolució: transferencia de la interfase gas- líquido •Difusion del gas disuelto de la interfase hacia el liquido. Los equipos utilizados son cámaras y torres o columnas de rocio.
  • 32. ADSORCIÓN Este es también un proceso de transferencia de masa, en el cual el gas se pega a un sólido por medio de fuerzas electrostáticas. Los adsorbentes mas comúnmente usados son: silica gel, alúmina activada, carbono activado, sedasos moleculares.
  • 33. COMBUSTIÓN Es un método de control cuando el contaminante es oxidable a un gas inerte. De manera general el CO y los hidrocarburos caen en esta categoría. Las aplicaciones mas comerciales son combustión directa y combustión catalítica.
  • 35. CONTROL FUENTES MOVILES La modificación de las máquinas por si solas no es suficiente para el control de contaminantes. Para alcanzar los estándares de emisión, se coloca un reactor catalítico externo a los vehículos. La función de este es promover reacciones que conviertan NOx a NO2, CO a CO2, hidrocarburos a CO2 y H2O. Otro de los alcances implementado para disminuir la contaminación del aire incluye la modificación de combustibles, y la reduccion de la presión del vapor de la gasolina a fin de reducir la emision de hidrocarburos. La bondad de estos implementos es significativa, sin embargo al igual que otros aspectos de la conducción de un automóvil, estos equipos se desgastan y fallan. Debido a que la falla no limita la operación del automóvil, no son reparados por los propietarios, por lo que los programas de control de la calidad del aire deben de contemplar programas de inspección para asegurar que estos dispositivos funcionan.