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C a p í t u l o 2
Aire
❑ Cuestiones tipo test.
❑ Otras cuestiones teóricas.
❑ Respuestas a las cuestiones tipo test.
❑ Respuestas a otras cuestiones teóricas.
❑ Problemas resueltos.
❑ Problemas propuestos.
❑ Soluciones a los problemas propuestos.
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CUESTIONES TIPO TEST
2.1. ¿Cuáles de las siguientes propuestas son correctas?
1. La radiación solar visible y ultravioleta que se absorbe sobre la superficie
terrestre se emite por la noche con la misma longitud de onda.
2. Los procesos de fotoionización y fotodisociación que se dan en las capas
altas de la atmósfera nos protegen de la radiación infrarroja del sol.
3. Los oxidantes fotoquímicos son sustancias presentes en la atmósfera que
se han producido en procesos fotoquímicos y que pueden oxidar materia-
les no directamente oxidables por el oxígeno.
4. Toda la radiación que emite el sol pertenece a las longitudes de onda del
visible e infrarrojo.
A) 1, 2 y 3 B) 3 y 4 C) 3 D) 1 y 4
2.2. Indique las proposiciones correctas:
1. Es preciso que la concentración de ozono en la estratosfera no disminu-
ya, sin embargo en la troposfera es deseable que la concentración de ozo-
no no aumente.
2. Una concentración de SO2 en aire, de 2.000 ppm significa que hay 2.000
mg SO2/l.
3. Los oxidantes fotoquímicos son contaminantes primarios que se emiten
en la combustión de compuestos carbonados.
4. Concentraciones iguales de contaminantes distintos causan idénticos
efectos medioambientales.
A) 1 B) 2 y 3 C) 2 y 4 D) 1, 2 y 3
2.3. De las propuestas indicadas a continuación, ¿cuáles son falsas?
1. Los CFCs son compuestos muy estables y sus enlaces se rompen con
radiaciones de longitud de onda de la zona del ultravioleta.
2. El ozono estratosférico se destruye por la acción catalítica de átomos de
cloro.
3. La peligrosidad de las partículas para el ser humano depende, entre otros
factores, de su tamaño.
4. Los llamados gases de invernadero son especies que absorben radiación
de la zona del infrarrojo.
A) 1, 3 y 4 B) Ninguna C) 2 y 4 D) 1, 2 y 3
2.4. ¿Cuáles de las afirmaciones siguientes son ciertas?
1. El ozono troposférico es uno de los contaminantes presentes en el smog
fotoquímico de las ciudades.
2. El smog fotoquímico se relaciona especialmente con los contenidos en la
atmósfera de SO2, hidrocarburos y humedad.
3. El ozono es un contaminante troposférico.
4. En el smog fotoquímico participan los denominados oxidantes fotoquí-
micos, que son unos contaminantes secundarios.
A) 2 y 3 B) 1 y 4 C) Todas D) 1, 3 y 4
2.5. ¿Cuáles de las propuestas indicadas a continuación son ciertas?
1. Reduciendo el contenido de nitrógeno en los combustibles disminuiría de
forma importante la emisión a la atmósfera de NOx en las combustiones.
2. El dióxido de carbono es el único gas causante del efecto invernadero.
3. La mayoría de los contaminantes emitidos en la superficie terrestre
alcanzan con facilidad la estratosfera.
4. Es interesante que exista una determinada cantidad de ozono en la
atmósfera, ya sea en la troposfera o en la estratosfera.
A) Ninguna B) 2, 3 y 4 C) 1 D) 2 y 3
2.6. De las proposiciones siguientes, ¿cuáles son correctas?
1. El ciclo fotoquímico de los óxidos de nitrógeno se ve alterado por la pre-
sencia de hidrocarburos en la atmósfera.
2. Los SOx y NOx son los principales causantes de la lluvia ácida.
3. Se dice que un contaminante del aire es secundario cuando existe en
pequeña cantidad.
4. La combustión del carbón es una causa de la lluvia ácida, cosa que no
ocurre de manera apreciable con la combustión de la mayoría de los
gases naturales, aunque ambas contribuyen al efecto invernadero.
A) Todas B) 1 y 4 C) 1, 2 y 4 D) 2 y 3
2.7. Indicar cuáles de las propuestas planteadas son ciertas:
1. Una proporción adecuada aire/combustible puede permitir eliminar a la
vez CO, HC y NOx de los gases de escape de un automóvil.
2. El monóxido de carbono atmosférico puede ser absorbido por el suelo.
3. Las partículas presentes en la atmósfera proceden en un elevado porcentaje
de fuentes naturales, destacando la formación de partículas de sal marina.
4. En la atmósfera se han ido incrementando las cantidades de CFCs debi-
do a que son casi inertes químicamente y pueden difundirse hasta la
estratosfera.
A) 2 y 3 B) 1, 3 y 4 C) Todas D) 2, 3 y 4
76
Cuestiones tipo test
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2.8. Indique las propuestas correctas:
1. El efecto pernicioso de las partículas en suspensión, sobre la salud,
depende fundamentalmente de su composición, pero no de su tamaño.
2. La emisión de CO e hidrocarburos a la atmósfera provocan la lluvia ácida
y el «mal de la piedra».
3. Los CFCs son compuestos que contribuyen al llamado efecto invernadero
y a la disminución de la capa de ozono estratosférica.
4. Los oxidantes fotoquímicos pueden deteriorar ciertos materiales polimé-
ricos, como el caucho.
A) 3 B) 1, 3 y 4 C) 1 y 2 D) 3 y 4
2.9. ¿Cuáles de las siguientes propuestas planteadas son correctas?
1. A escala global, el origen de los contaminantes primarios en la atmósfera
es fundamentalmente antropogénico.
2. La concentración de los componentes del smog fotoquímico varía a lo lar-
go del día.
3. El smog fotoquímico se ve favorecido con condiciones climáticas secas y
luminosas.
4. Las partículas presentes en la atmósfera acaban depositándose en la cor-
teza terrestre por dos vías: deposición en seco y deposición húmeda.
A) 2, 3 y 4 B) Todas C) 1 y 4 D) 1, 2 y 3
2.10. Señalar cuáles de las propuestas indicadas a continuación son ciertas:
1. Todos los óxidos de nitrógeno que se emiten a la atmósfera ocasionan
efectos semejantes.
2. La disminución de la capa de ozono estratosférica se atribuye esencial-
mente a los CFCs y NOx.
3. Cuanto mayor sea la proporción aire/combustible empleada en la com-
bustión de un hidrocarburo, menor será la cantidad de CO emitido, pero
podría aumentar la de NOx.
4. El incremento de las cantidades de CFCs en la atmósfera se debe en par-
te a su inercia química, lo que ha permitido su permanencia y difusión
hasta la estratosfera.
A) 2 y 4 B) 1, 3 y 4 C) 2 y 3 D) 2, 3 y 4
2.11. Señale las proposiciones falsas:
1. La eliminación de NOx sólo puede hacerse por reducción catalítica.
2. Para la eliminación de partículas en gases pueden emplearse métodos de
desestabilización-coagulación de coloides.
3. El agua empleada en el lavado de gases contaminados con SOx se debe
tratar como agua residual.
4. Los óxidos de azufre pueden eliminarse precipitándolos como sulfato de
calcio.
A) 2 y 4 B) 1 C) 1, 2 y 4 D) 3
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Cuestiones tipo test
2.12. ¿Cuáles de las propuestas indicadas a continuación son ciertas?
1. La eliminación de partículas puede realizarse mediante cámaras de sedi-
mentación, ciclones, electrofiltros, filtros de mangas o lavado húmedo.
2. La combustión en dos etapas puede utilizarse para reducir la emisión de
NOx en los focos de combustión estacionarios.
3. Los óxidos de azufre pueden eliminarse precipitándolos con el uso de
ciclones o de electrofiltros.
4. En el transporte, las medidas depuradoras de las emisiones atmosféricas
debieran reducir, fundamentalmente, las emisiones de NOx, hidrocarbu-
ros y CO.
A) 1 y 2 B) 2 y 4 C) 1, 2 y 4 D) Todas
2.13. De las proposiciones planteadas a continuación, ¿cuáles son verdaderas?
1. En los focos de combustión estacionaria, los óxidos de azufre se pueden
eliminar mediante un lavado con una lechada de Ca(OH)2.
2. Un método para eliminar la emisión de gases nocivos en los vehículos con
motor de explosión es utilizar catalizadores de dos vías, oxidante-reductora.
3. Las cámaras de sedimentación son un buen método para la eliminación
de partículas finas.
4. Las emisiones de CH4 contribuyen al efecto invernadero.
A) 2, 3 y 4 B) 1, 2 y 4 C) 2 y 3 D) Todas
2.14. ¿Cuáles de las siguientes afirmaciones son ciertas?
1. Los valores de inmisión y de emisión siempre son iguales.
2. Las capas de inversión térmica en la troposfera impiden la dispersión ver-
tical de los contaminantes.
3. En ausencia de inversión térmica la temperatura de la troposfera dismi-
nuye con la altitud.
4. La dispersión de contaminantes se ve afectada por el régimen de vientos.
A) Todas B) 1, 3 y 4 C) 2, 3 y 4 D) 1 y 4
2.15. Indique qué proposiciones son ciertas:
1. Las reacciones fotoquímicas en la troposfera son fundamentalmente de
tipo iónico.
2. La temperatura de la atmósfera disminuye siempre con la altura.
3. Todo el oxígeno contenido en la atmósfera terrestre se encuentra en for-
ma de moléculas diatómicas.
4. En la termosfera existen iones y electrones libres.
A) 3 y 4 B) 1 y 2 C) 4 D) 1, 2 y 3
78
Cuestiones tipo test
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2.16. ¿Cuáles de las siguientes afirmaciones son ciertas?
1. Una zona en la que los valores de inmisión estén ligeramente por debajo de
los valores guía es una zona con mala calidad de ambiente atmosférico.
2. Los valores de los umbrales de los valores máximos de inmisión permiti-
dos pueden ser distintos, según sean los períodos de tiempo considerados.
3. La utilización de factores de emisión es frecuente para realizar evalua-
ciones de posibles impactos ambientales.
4. La legislación reconoce el libre acceso de cualquier persona, física o jurí-
dica, a los datos ambientales en poder de la Administración.
A) 2, 3 y 4 B) 2 y 3 C) 1 y 4 D) 1, 2 y 3
2.17. ¿Cuáles de las siguientes proposiciones son falsas?
1. Las fuentes principales de la emisión de metano y de compuestos orgáni-
cos volátiles no metánicos a la atmósfera son las mismas.
2. Es tal la importancia del tamaño de las partículas que en la actualidad
tienden a estimarse por separado las emisiones de partículas grandes y
finas.
3. El smog fotoquímico y el smog húmedo se diferencian por la ausencia o
no de agua, pero el resto de componentes son semejantes.
4. Si las combustiones se realizaran con oxígeno en lugar de emplear aire
como agente comburente, las cantidades de óxidos de nitrógeno que se
formarían serían mucho menores.
A) 1 y 2 B) 2, 3 y 4 C) 1, 3 y 4 D) 1 y 3
2.18. Señale las proposiciones que considere correctas:
1. Los métodos de absorción para la eliminación de contaminantes gaseosos
se basan en fenómenos de retención de estos agentes sobre soportes sóli-
dos.
2. Es frecuente emplear métodos que implican la modificación de la com-
bustión para la eliminación de monóxido de carbono e hidrocarburos.
3. Nunca pueden eliminarse óxidos de nitrógeno acudiendo a métodos de
desnitrificación por vía seca.
4. La eficacia de un adsorbedor para la eliminación de contaminantes es
función de la naturaleza del sistema adsorbente-gas, pero tiene también
gran importancia la porosidad y el área superficial del adsorbente.
A) 1, 2 y 3 B) 2 y 4 C) 3 y 4 D) 2 y 3
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Cuestiones tipo test
OTRAS CUESTIONES TEÓRICAS
2.19. Defina los siguientes términos relacionados con la química ambiental del
aire:
a) Reacciones de fotoionización
b) Valor de inmisión
c) Contaminantes primarios (indique los principales)
d) Partículas
e) Reacciones de fotodisociación
f) Valor de emisión
2.10. Señale las capas en que se divide la atmósfera terrestre e indique por qué son
importantes las denominadas «capas altas» o «capas externas».
2.21. Indique por qué se produce el efecto invernadero, qué gases lo ocasionan y
por qué se ha incrementado la emisión de los mismos.
2.22. Explique qué es el «smog fotoquímico», qué contaminantes lo ocasionan y
qué efectos nocivos causa.
2.23. Después de leer detenidamente el texto, haga un listado con la/s palabra/s
que corresponderían a cada uno de los números señalados en el mismo.
Los contaminantes atmosféricos se pueden dividir en ......(1)...... y ......(2)..... ,
aquellos que se emiten directamente a la atmósfera son los ......(1)..... . Los
cinco grupos principales de contaminantes son el .....(3).... , los ......(4)..... , los
óxidos de azufre , los .....(5)..... o compuestos orgánicos volátiles y las
......(6)..... . De ellos, los ......(4)..... y los .....(5)......, están involucrados en el lla-
mado ......(7)..... o seco. Este ......(7)..... , se produce a causa de la radiación
...... (8)..... y la presencia de los .....(4) y (5), originando la presencia de los lla-
mados .......(9)..... , que son contaminantes ......(2)...... . Entre las sustancias
que se originan en este fenómeno de contaminación destacan el ......(10)..... y
compuestos orgánicos de carácter carbonílico como los .....(11)..... y las espe-
cies irritantes, nitratos de .....(12)..... .
En ambientes húmedos, los .....(13)..... y las .....(6)...... son los responsables de
otro fenómeno de contaminación denominado como ......(14)..... . Tanto los
.....(13)...... como los .......(4)......, están implicados como principales respon-
sables de la ......(15)...... , ya que estos contaminantes evolucionan en la
región de la atmósfera llamada .......(16)....... , formando los correspondientes
ácidos .......(17)...... , que son también contaminantes .......(2)...... . Entre los
efectos causados por la ......(15)...... , se puede destacar junto al aumento de
la......(18)....... de suelos y aguas, el llamado ......(19)....... que es el ataque a
materiales calizos de nuestro patrimonio histórico, con transformación del
carbonato de calcio en .......(20)........ .
2.24. Todos los procesos de combustión de cualquier combustible hidrocarbonado
originan la emisión a la atmósfera de .....(1)....., agente que contribuye de for-
ma importante al denominado....(2)..... Además, dependiendo de la calidad
80
Otras cuestiones teóricas
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del combustible, pueden emitir cantidades relativamente importantes de
...(3)...., los cuales son, junto con los ...(4)...unos de los principales causantes
de la ....(5)..... Los ....(4)... se originan en las combustiones debido a la reac-
ción entre el ...(6).... y el ...(7)... del aire, pero la cantidad formada depende
fuertemente de la ...(8)... a la cual se realiza el proceso. También es frecuen-
te la generación de ...(9)..., cuya peligrosidad es variable en función de su
...(10)..., pues penetran en el sistema respiratorio según sea aquél.
Para minimizar la emisión de ....(3).... es interesante emplear combustibles
con un bajo contenido en ...(11)....; caso de no hacerlo, será preciso recurrir
con posterioridad a métodos de depuración, pudiendo optarse por métodos
secos, entre los cuales es frecuente la adición de ....(12)... al horno de com-
bustión con el objetivo de transformar los ....(3)... en ....(13)..... También pue-
den utilizarse métodos denominados húmedos, en este último caso será pre-
ciso tratar con posterioridad las ...(14).... generadas.
Para la remoción de las ...(9)... existen multitud de métodos, si bien el
....(10)... es determinante para la adopción de unos u otros. Uno de los más
versátiles son los ....(15)...aunque tienen el inconveniente del ...(16)... ocasio-
nado por su instalación.
2.25. La radiación electromagnética procedente del sol corresponde a un amplio
espectro de ...(1)... lo que implica un contenido ....(2)... muy distinto para
unas y otras. Gran parte de la radiación, experimenta fenómenos de ...(3)... o
...(4).... antes de alcanzar la superficie terrestre. Esta...(3)... de las...(1)... de
menor valor, tiene lugar principalmente en las regiones de la atmósfera deno-
minadas ...(5)..., ...(6)... y ...(7)... y debido a ella se producen reacciones de
...(8)... y ...(9)...lo que implica que las especies mayoritarias presentes en
estas zonas son distintas de las que forman parte de la ...(10)..., capa de la
atmósfera en contacto con la superficie terrestre.
La radiación absorbida por la Tierra es remitida al espacio en forma de
radiación de longitud de onda de la región del ....(11)... Este tipo de radia-
ciones son en parte absorbidas por algunos componentes ....(12)... de la
atmósfera, tales como el ...(13)... y el ...(14)..., pero también por especies de
origen fundamentalmente antropogénico como los...(15)... y el ...(16)... tro-
posférico. En cualquier caso, las emisiones de los componentes ...(12)... se
están viendo incrementadas de manera desmesurada por determinadas prác-
ticas antropogénicas. Así, el aumento progresivo de ...(13)... se produce a
causa, entre otras, de la ....(17)..., el uso de ....(18)....o la quema de ...(19)....
Como consecuencia de todas estas acciones se ha originado el denominado
....(20)...., una de cuyas consecuencias más preocupantes es el ...(21).... pro-
gresivo de la atmósfera terrestre.
2.26. Conteste a los siguientes apartados:
a) ¿Por qué a la superficie terrestre llega radiación solar que corresponde en
su mayor parte sólo a la zona del visible?
b) ¿Cuáles son los contaminantes primarios mayoritarios del aire y cuáles los
principales procesos químicos antropogénicos que ocasionan su emisión?
c) ¿Cuál es la variación experimentada por la temperatura y la presión en las
distintas regiones de la atmósfera?
d) ¿Qué es un contaminante secundario y por qué se forma?
81
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Otras cuestiones teóricas
2.27. Responda a los siguientes apartados:
a) Señale en qué tipo de procesos se fundamentan los métodos que se emplean
para eliminar contaminantes gaseosos que se emiten a la atmósfera.
b) Señale los principales métodos empleados para eliminar o reducir las
emisiones de NOx originadas por el transporte y por los focos de combus-
tión estacionarios.
c) ¿Cuáles son los principales métodos de eliminación de partículas proce-
dentes de los focos de combustión estacionaria y de la industria?
2.28. Responda a las siguientes cuestiones:
a) Explique brevemente cuáles son los principales efectos ocasionados por
los SOx.
b) Señale por qué el dióxido de carbono, componente natural del aire, se
considera actualmente un agente contaminante preocupante.
c) Indique las principales diferencias entre el monóxido de dinitrógeno, el
monóxido de nitrógeno y el dióxido de nitrógeno.
2.29. Relacione cada una de las palabras de la columna izquierda con las de la
derecha, razonando brevemente su elección:
1. Óxidos de azufre A. Fotoionización
2. Partículas B. Movimiento vertical contaminantes
3. Ozono troposférico C. Lluvia ácida
4. Adsorción D. Efecto invernadero
5. Metano E. Smog fotoquímico
6. Mesosfera F. Electrofiltro
7. Inversión Térmica G. Métodos secos de depuración
2.30. Reescribir las proposiciones falsas que se señalan a continuación, de tal for-
ma que se transformen en correctas (respetando la esencia de las mismas).
Razone los cambios efectuados.
a) El ozono troposférico es un contaminante atmosférico, mientras que el
ozono estratosférico es totalmente necesario para la vida en la tierra, por-
que absorbe la radiación solar de la región del infrarrojo cercano.
b) Los procesos de fotoionización y fotodisociación precisan poca energía,
por lo que se originan con radiaciones de elevada longitud de onda.
c) Los fenómenos de inversión térmica impiden la dispersión horizontal de
los contaminantes.
d) La generación de oxidantes fotoquímicos es relativamente lenta, por lo
que la atmósfera de un núcleo urbano tiene la misma composición duran-
te las horas diurnas.
2.31. Explique por qué se produce la disminución de la capa de ozono estratosfé-
rica, indicando los tipos de contaminantes que la originan y cómo influye
esta disminución sobre el clima.
82
Otras cuestiones teóricas
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2.32. Completar el siguiente cuadro, referente a problemas de contaminación
atmosférica. Se señala la participación de cada sustancia en los distintos
efectos:
NO (sin influencia apreciable); SÍ (con influencia)
2.33. Una industria del sector del automóvil posee unas calderas que utilizan
como combustible fuel-oil, lo que genera una emisión de gases contaminan-
tes que sobrepasa los límites legales establecidos para el SO2 y las partículas.
Indique cómo plantearía la posible depuración de dichos contaminantes.
2.34. Explique en qué consisten las siguientes categorías de estabilidad atmosférica:
• condiciones adiabáticas
• condiciones superadiabáticas
• condiciones subadiabáticas
¿En cuál de ellas se favorece más la dispersión vertical de los contaminantes
atmosféricos? ¿Por qué?
2.35. Completar el siguiente texto con los términos adecuados:
De cara a la depuración de contaminantes atmosféricos en procesos indus-
triales, éstos se suelen dividir en dos grandes grupos: gases y ….(1)…, debido
a los diferentes métodos de depuración que se emplean con cada uno de
ellos. Para la depuración de gases se pueden utilizar procesos de absorción
sobre líquidos, procesos de ….(2)….sobre sólidos, procesos de combustión
(empleados frecuentemente para eliminar …(3)…. y procesos de reducción,
cuya aplicación más típica es la eliminación de …(4)….. Uno de los métodos
más utilizados para la eliminación de los ….(5)….es el lavado de los gases
con una disolución acuosa de hidróxido de calcio. Con respecto a las
….(1)…, la fracción más peligrosa es la que tiene tamaños comprendidos
entre 0,1 y ….(6)…… mm, ya que no son retenidas ni eliminadas por las
mucosas de las vías respiratorias. Los principales equipos para la captación
y eliminación de ….(1)…..son: las cámaras de sedimentación, los
….(7)….que se basan en la acción de la fuerza centrífuga, los ….(8)….que
emplean una corriente de líquido para lavar el gas residual, los diversos tipos
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Otras cuestiones teóricas
Sustancia Smog Lluvia Efecto Deterioro capa Fuente/s
Emitida seco ácida invernadero de ozono principal/es
CO NO NO NO NO Transporte
CO2 NO
SI NO SI Transporte y
Combustión
estacionaria
SI NO Algunos
CFCs NO SI
SOx NO
de ….(9)….(los más utilizados son los de tela o mangas) y los ….(10)…., que
se basan en la técnica de electrodeposición. Otra de las principales fuentes de
emisión de contaminantes atmosféricos es el transporte; una de las solucio-
nes actuales para controlar las emisiones de los automóviles es la utilización
de ….(11)….. Los más usados son los ….(11)….de tres vías, que interviene en
la oxidación del ….(12)….y de los ….(13)….hasta CO2 y en la reducción de los
….(4)….hasta ....(14)....; estos vehículos deben utilizar gasolina sin ….(15)….,
ya que éste es un veneno para los ….(11)….
Otras alternativas para disminuir la emisión de contaminantes serían cam-
bios en el ..... (16).... y coches movidos con energías..... (17)... y la sustitución
de gasolinas por otros combustibles menos contaminantes, como ...(18)...,
...(19)... y ...(20)..., obtenidos estos últimos a partir de biomasa vegetal.
2.36. Completar los huecos que quedan en la siguiente tabla relacionada con la
contaminación atmosférica.
84
Otras cuestiones teóricas
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Contaminante Principales fuentes Principales efectos sobre Principales métodos
de emisión el medio ambiente de tratamiento
Combustión fuentes Lluvia ácida
fijas
NOx Transporte
Combustión fuentes
fijas
CO Variable
Transporte Oxidación hasta CO2 + H2O
(catalítica o no)
Partículas Dificultan paso luz solar
toxicidad seres vivos
Aerosoles Reducción en origen
Circuitos refrigeración
Efecto invernadero Reducción del uso de
combustibles fósiles
RESPUESTAS A LAS CUESTIONES TIPO TEST
2.1. 1. FALSA. La radiación solar visible y ultravioleta que se absorbe sobre la
superficie terrestre durante el día se emite por la noche con una longitud
de onda mayor, la del infrarrojo.
2. FALSA. Los procesos de fotoionización y fotodisociación que se dan en las
capas altas de la atmósfera nos protegen de una parte de la radiación
ultravioleta del sol, de la de más alta energía.
3. CIERTA. Los oxidantes fotoquímicos se forman en la atmósfera por
acción de la radiación solar que origina reacciones fotoquímicas radica-
larias con algunos contaminantes primarios, tales como óxidos de nitró-
geno e hidrocarburos, generando compuestos de gran poder oxidante
que pueden afectar a numerosos materiales inertes frente al oxígeno
molecular.
4. FALSA. El sol emite radiaciones de muy diversas longitudes de onda per-
tenecientes a distintas zonas del espectro, desde UV hasta IR mayorita-
riamente.
Respuesta C
2.2. 1. CIERTA. En la estratosfera es preciso que el ozono no disminuya, porque
impide la llegada a la superficie terrestre de radiaciones peligrosas, de
longitud de onda de la zona ultravioleta, sin embargo, en la troposfera es
deseable que el ozono no aumente, pues contribuye a la formación del
smog fotoquímico y es, en sí misma, una especie tóxica.
2. FALSA. Una concentración de SO2, en aire, de 2.000 ppm, significa que
hay 2.000 cm3
SO2 / m3
de aire.
3. FALSA. Los oxidantes fotoquímicos son contaminantes secundarios, pro-
ducidos en procesos fotoquímicos a partir de contaminantes emitidos por
distintas fuentes.
4. FALSA. Las dosis letales y los daños que pueden causar los contaminan-
tes están relacionados con las concentraciones de los mismos en el aire,
pero dependen esencialmente, y de una manera decisiva, de la naturaleza
del contaminante.
Respuesta A
2.3. 1. CIERTA. Los CFCs son compuestos casi inertes químicamente y volátiles
y pueden difundirse hasta la estratosfera, donde radiaciones muy energé-
ticas de la zona del ultravioleta rompen sus enlaces, produciendo radica-
les libres.
2. CIERTA. La acción catalítica del átomo de cloro en la destrucción del ozo-
no estratosférico está comprobada. Su acción, de forma simplificada,
puede escribirse de la siguiente forma, iniciando el proceso el átomo de
cloro y recuperándose luego inalterado:
Cl (g) + O3(g) Æ ClO (g) + O2
ClO (g) + O(g) Æ Cl(g) + O2
Reacción global O3(g) + O (g) Æ 2O2(g)
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Respuestas a las cuestiones tipo test
3. CIERTA. El tamaño de las partículas tiene una influencia muy grande en
el grado de peligrosidad que presentan, pues su mayor o menor penetra-
bilidad en el aparato respiratorio, y consiguientes efectos sobre la salud,
depende del mismo.
4. CIERTA. Los llamados gases de invernadero, CO2, CH4, etc., absorben
radiación de la zona del IR, impidiendo que gran parte de la radiación
emitida por la superficie terrestre alcance la atmósfera exterior, lo que
induce un aumento de temperatura de la atmósfera próxima a la tierra.
Respuesta B
2.4. 1. CIERTA. El ozono troposférico, contaminante secundario formado por
acción de la radiación solar sobre los óxidos de nitrógeno, es, junto con
otros oxidantes fotoquímicos y los citados óxidos de nitrógeno, uno de los
agentes presentes en el smog fotoquímico.
2. FALSA. El smog fotoquímico o smog seco está constituido por óxidos de
nitrógeno, ozono y oxidantes fotoquímicos, pero en su composición no
intervienen el SO2 ni la humedad.
3. CIERTA. El ozono en la estratosfera es deseable, en cambio en la tropos-
fera es un contaminante, pues genera multitud de efectos no deseados.
4. CIERTA. Los oxidantes fotoquímicos, compuestos formados por reacción
entre hidrocarburos y radicales libres presentes en la atmósfera, son con-
taminantes secundarios que contribuyen al smog fotoquímico.
Respuesta D
2.5. 1. FALSA. El contenido de nitrógeno en los combustibles tiene poca signifi-
cación, ya que la mayor cantidad de NOx se genera por reacción entre el
oxígeno y el nitrógeno del aire a las elevadas temperaturas frecuentes en
las combustiones
2. FALSA. En el efecto invernadero intervienen además del CO2 , los CFCs, el
CH4 y el vapor de H2O entre otros.
3. FALSA. Sólo alcanzan con facilidad la estratosfera los gases muy estables,
que son casi inertes químicamente y volátiles. La mayoría de los conta-
minantes sufren transformaciones fotoquímicas o deposición antes de
alcanzar la misma.
4. FALSA. En la troposfera no es deseable, ya que es un contaminante, por el
contrario en la estratosfera de lo que se trata es de que no disminuya la
capa de ozono, ya que absorbe la mayor parte de la radiación UV solar.
Respuesta A
2.6. 1. CIERTA. Los hidrocarburos en la troposfera contribuyen a la alteración
del ciclo fotoquímico de los óxidos de nitrógeno, pues se establece una
competencia por el átomo de oxígeno generado en el mismo entre el oxí-
geno molecular y los hidrocarburos.
2. CIERTA. Las emisiones de SOx y NOx se transforman en los correspon-
dientes ácidos fuertes H2SO4 y HNO3 y retornan a la tierra en forma de la
denominada «lluvia ácida».
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3. FALSA. Se denominan contaminantes secundarios a los que no son emiti-
dos de forma directa a la atmósfera, sino que se generan en la misma a
partir de los primarios y especies presentes en la misma.
4. CIERTA. La lluvia ácida se genera, en parte, a causa del contenido de S en
los combustibles y, en general, la cantidad de este elemento presente en
los carbones es mucho mayor que en los gases naturales. Sin embargo,
tanto el carbón como el gas natural contienen carbono, por lo que su
combustión origina CO2, gas que contribuye al efecto invernadero.
Respuesta C
2.7. 1. FALSA. Simplemente por la modificación de la proporción aire/combusti-
ble no se consigue eliminar a la vez CO, HC y NOX. La formación de NOX
sigue una evolución distinta a la de CO y HC con dicha modificación.
2. CIERTA. La tasa de eliminación del CO por absorción del suelo es muy
importante, hasta 100 mg/hora-m2
de suelo.
3. CIERTA. La mayor proporción de partículas presentes en la atmósfera
procede de fuentes naturales: fuegos, erupciones volcánicas, meteoritos y
sobre todo de sal marina.
4. CIERTA. Los CFCs son casi inertes químicamente y volátiles, por lo que se
pueden difundir hasta la estratosfera, aumentando su concentración en
esta zona de la atmósfera.
Respuesta D
2.8. 1. FALSA. Los efectos sobre la salud ocasionados por las partículas en sus-
pensión dependerán de su mayor o menor toxicidad, pero también están
regidos por su tamaño, ya que de él depende la mayor o menor penetra-
bilidad en el aparato respiratorio.
2. FALSA. La lluvia ácida está provocada por la emisión de gases, tales como
SOx, NOx, HCl, ... a la atmósfera capaces de rebajar el pH del agua de llu-
via. El mal de la piedra está causado por la menor resistencia de la mis-
ma a esta lluvia ácida y por la transformación de los carbonatos de la pie-
dra caliza en sulfatos. El CO y los hidrocarburos no contribuyen a
ninguno de los dos efectos señalados.
3. CIERTA. Los CFCs son compuestos muy estables que en la troposfera con-
tribuyen al efecto invernadero por su absorción de radiación IR y en la
estratosfera originan radicales libres que reaccionan con el ozono, destru-
yendo parte del mismo.
4. CIERTA. El caucho, que tiene dobles enlaces en sus cadenas poliméricas,
sufre el ataque de los oxidantes fotoquímicos, empeorando sus propieda-
des elastoméricas.
Respuesta D
2.9. 1. FALSA. Los contaminantes primarios presentes en la atmósfera se emi-
ten, a escala global, fundamentalmente por causas naturales. Sólo en con-
centraciones urbanas o industriales, el origen antropogénico puede ser
mayoritario.
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2. CIERTA. La concentración de muchas de las especies químicas implica-
das en las reacciones fotoquímicas causantes del smog seco aumenta a
primeras horas del día, cuando se incrementa el tráfico, por lo que la tasa
de reacción de las mismas con las radiaciones incidentes va variando a lo
largo del día y, consecuentemente, lo hace también la concentración de
las especies presentes en la atmósfera urbana.
3. CIERTA. Es frecuente que cuando las condiciones climáticas son secas y
luminosas se presenten fenómenos de inversión térmica que impiden la
dispersión vertical de los contaminantes, por lo que su concentración
aumenta, generándose episodios de smog importantes. Además, el aumen-
to de la intensidad de la radiación solar favorece los procesos fotoquímicos.
4. CIERTA. Las partículas emitidas a la atmósfera retornan a la tierra por
dos mecanismos: impacto, lo que implica su deposición seca, o arrastre
por el agua de lluvia o nieve, deposición húmeda.
Respuesta A
2.10. 1. FALSA. El N2O no es tóxico, ni interviene en procesos fotoquímicos y sí en
el efecto invernadero; en cambio, el NO y el NO2 son tóxicos e intervienen
en procesos fotoquímicos.
2. CIERTA. Los NOx y CFCs presentes en la estratosfera reaccionan con el O3
transformándolo en oxígeno molecular, con lo que aumenta la tasa de
destrucción de esta especie, disminuyendo su concentración
3. CIERTA. La mayor proporción aire/combustible induce una mejor com-
bustión del carbono, disminuyendo la generación de CO al incrementar-
se la combustión hasta CO2. Sin embargo, dentro de ciertos valores, pue-
de ocasionar una mayor tasa de formación de óxidos de nitrógeno.
4. CIERTA. Los CFCs son poco reactivos en las condiciones atmosféricas rei-
nantes en la troposfera, por lo que tienen un largo período de permanen-
cia en la misma, lo que permite que puedan llegar a difundirse hasta la
estratosfera.
Respuesta D
2.11. 1. FALSA. La reducción catalítica es una de las posibilidades de eliminación
de óxidos de nitrógeno, pero existen otras que implican, principalmente,
actuaciones sobre las condiciones de combustión (combustión por etapas
o modificaciones del proceso de combustión).
2. CIERTA. Las partículas pueden ser cargadas eléctricamente e inducir pos-
teriormente su migración a placas colectoras de signo opuesto. Este méto-
do se basa en el fenómeno de electroforesis característico de las dispersio-
nes coloidales.
3. CIERTA. El agua empleada en el lavado de gases contaminados con SOx,
arrastrará sales en cantidades elevadas o adquirirá un pH inadecuado,
por lo que habrá que tratarla como agua residual.
4. CIERTA. Muchos de los métodos de eliminación de los óxidos de azufre
están basados en su tratamiento con derivados de calcio que los convier-
ten en especies insolubles (CaSO4 y CaSO3), por ejemplo.
Respuesta B
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2.12. 1. CIERTA. Cualquiera de los métodos indicados puede ser utilizado para la
eliminación de partículas en los gases, si bien en cada caso habrá de esco-
gerse el más adecuado en función del tamaño de partícula a eliminar y de
las eficiencias a conseguir.
2. CIERTA. Para la reducción de los NOx, puede utilizarse la combustión en
dos etapas; en la primera se trabaja a temperatura elevada con relación
aire/combustible inferior a la estequiométrica, lo que dificulta la oxida-
ción del nitrógeno, y en la segunda, se completa la reacción a temperatu-
ra relativamente baja.
3. FALSA. Los óxidos de azufre se presentan en estado gaseoso, por lo que
no pueden ser retenidos en los ciclones, ni en los electrofiltros.
4. CIERTA. En el transporte, la contaminación que se origina se debe prin-
cipalmente a estas tres especies químicas, fruto todas ellas de las condi-
ciones del proceso de combustión, por lo que deben ser reducidas sus
emisiones.
Respuesta C
2.13. 1. CIERTA. Los métodos húmedos de eliminación de óxidos de azufre en los
focos de combustión estacionaria, implican el lavado de los gases con
álcalis, entre los que es frecuente utilizar suspensiones de Ca(OH)2.
2. CIERTA. La vía oxidante se emplea para reducir las emisiones de monó-
xido de carbono e hidrocarburos, oxidándolos hasta dióxido de carbono,
mientras que la vía reductora implica la reducción de los NOX a N2.
3. FALSA. Las cámaras de sedimentación son un buen método para la eli-
minación de partículas de mayor tamaño.
4. CIERTA. Esta especie es una de las que contribuyen al efecto invernadero
ya que origina importantes absorciones en la zona del infrarrojo.
Respuesta B
2.14. 1. FALSA. Los valores correspondientes a una y a otra suelen ser totalmente
distintos. Los valores de emisión, mucho más elevados, corresponden a la
concentración de contaminantes a la salida del foco emisor, mientras que
los valores de inmisión son consecuencia no sólo de las emisiones, sino
también de los fenómenos de mezcla, transporte, reacción, deposición,
etc.
2. CIERTA. La dispersión vertical de contaminantes viene regida por el gra-
diente vertical de temperaturas. Lo normal es que con la altitud ésta vaya
disminuyendo, lo que permite el movimiento vertical de los mismos
hacia zonas más frías, sin embargo, es relativamente frecuente la pre-
sencia de fenómenos de inversión térmica, con lo cual esta dispersión se
ve impedida.
3. CIERTA. A medida que aumenta la altitud, la atmósfera disminuye en
temperatura hasta la estratosfera, siempre que no se produzca algún
fenómeno que dé lugar a una inversión térmica.
4. CIERTA. La dispersión horizontal de contaminantes viene regida por el
régimen de vientos, que determina la dirección y velocidad de la misma.
Respuesta C
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2.15. 1. FALSA. En la troposfera las reacciones fotoquímicas se producen funda-
mentalmente por vía radicalaria.
2. FALSA. En la atmósfera, la variación de los valores de la temperatura es
variable. Mientras que en la troposfera y en la mesosfera disminuye con
la altitud, en la estratosfera y en la termosfera aumenta.
3. FALSA. En la troposfera, la mayor parte del oxígeno se encuentra como
oxígeno molecular, pero en otras regiones más externas de la atmósfera es
mayor el porcentaje de oxígeno atómico.
4. CIERTA. Las reacciones de fotoionización que tienen lugar en esta zona,
como consecuencia de la acción de las radiaciones UV procedentes del sol
sobre especies presentes en la misma, ocasionan la aparición de iones y
electrones libres.
Respuesta C
2.16. 1. FALSA. Una zona con valores de inmisión próximos a los valores guía
establecidos en la legislación, es una zona con una buena calidad de
ambiente atmosférico. Precisamente los valores guía tienen la considera-
ción de objetivos a conseguir.
2. CIERTA. Con frecuencia se establecen valores máximos relativamente
elevados para períodos de tiempo cortos, y otros, más bajos pero defini-
dos, para períodos de tiempo más dilatados.
3. CIERTA. Los factores de emisión son de gran utilidad para hacer un cál-
culo aproximado de los contaminantes que va a emitir una determinada
actividad, cuando no se dispone de medidas o la actividad no está aún en
funcionamiento.
4. CIERTA. La Ley 38/1995 de 12 de diciembre establece el Derecho de Acce-
so a la Información en materia de medio ambiente.
Respuesta A
2.17. 1. FALSA. Las principales fuentes de emisión a la atmósfera de metano son
la distribución de combustibles, el tratamiento de residuos, las activida-
des agrícolas y la naturaleza, mientras que las principales fuentes de com-
puestos orgánicos volátiles no metánicos son, además de la naturaleza, el
uso de solventes y el transporte por carretera.
2. CIERTA. El tamaño de las partículas es determinante para su actuación
sobre el aparato respiratorio, por lo que actualmente se está imponien-
do el determinar por separado las estimaciones de las denominadas
PM10 o PM15 y las PM2,5. Incluso la legislación parece ser que irá en este
sentido.
3. FALSA. En el smog húmedo es importante la presencia de agua, mientras
que en el seco apenas hay, pero los compuestos que dan nombre a estos
efectos son muy distintos en uno y otro caso. Los responsables del smog
húmedo son, fundamentalmente, ácido sulfúrico y derivados, ácido nítri-
co y derivados y otras partículas, mientras que del seco son responsables
los óxidos de nitrógeno y los oxidantes fotoquímicos.
4. CIERTA. Los óxidos de nitrógeno se forman, principalmente, por reac-
ción entre el oxígeno y el nitrógeno del aire. Una combustión sólo con oxí-
90
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geno como agente comburente únicamente produciría óxidos de nitróge-
no provenientes del nitrógeno del combustible.
Respuesta D
2.18. 1. FALSA. Los métodos de absorción se basan en la retención sobre un
absorbente húmedo; son los métodos de adsorción los que se basan en la
retención sobre soportes sólidos.
2. CIERTA. Existen diferentes métodos de minimización de emisiones de
monóxido de carbono e hidrocarburos, basados, todos ellos, en introdu-
cir modificaciones conducentes a completar la combustión y conseguir
así la conversión de estos agentes en dióxido de carbono. Entre estos
métodos podemos citar los denominados de incineración por llama direc-
ta, de incineración térmica y de incineración catalítica.
3. FALSA. Existen métodos de desnitrificación de gases por vía seca, pero
son métodos aplicables a gases exentos de dióxido de azufre y partículas.
4. CIERTA. Dado que los métodos de adsorción se basan en la retención del
gas a eliminar sobre la superficie del sólido empleado como adsorbente,
las mayores eficacias se logran con grandes superficies específicas. La
porosidad también es importante, porque influye en la posibilidad de
penetración y consiguiente adsorción del contaminante en el soporte
adsorbedor.
Respuesta B
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Respuestas a las cuestiones tipo test
RESPUESTAS A OTRAS CUESTIONES TEÓRICAS
2.19. a) Son reacciones que se producen por absorción de las radiaciones más
energéticas del UV (l< 100 nm) produciendo ionización de gases como el
nitrógeno, hidrógeno, oxígeno, monóxido de nitrógeno, ... que se trans-
forman en los correspondientes iones positivos, liberándose electrones.
b) Es la concentración de contaminantes presente en el seno de una atmós-
fera determinada, lejos de un foco de emisión, siendo estos valores a los
que están expuestos los seres vivos y los materiales inmersos en la misma.
c) Son aquellos que se emiten de forma directa a la atmósfera. Se agrupan
en función de su naturaleza química, excepto en el caso de las partículas.
Los contaminantes primarios evolucionan posteriormente, originando en
ocasiones sustancias de naturaleza distinta, denominadas contaminantes
secundarios.
Los contaminantes primarios mayoritarios son:
— Monóxido de carbono (CO)
— Óxidos de nitrógeno (NOx)
— Óxidos de azufre (SOx)
— Hidrocarburos (HC) y/o COVs
— Partículas
d) Se engloba bajo el nombre de partículas el conjunto de diminutas espe-
cies sólidas y pequeñas gotas de líquido que se hallan presentes en el aire
y que constituyen en muchas ocasiones graves problemas de contamina-
ción.
e) Son reacciones que se producen por absorción de radiaciones energéticas
del UV (l comprendida entre 100 y 380 nm) que disocian, fundamental-
mente, especies moleculares oxigenadas y nitrogenadas como el O2, O3,
N2, NO, N2O, NO2, H2O, ... en otras especies sin carga eléctrica.
f) Es la concentración de un contaminante medida en el foco de emisión.
2.20. La atmósfera que rodea a la Tierra está dividida en cinco regiones o capas:
TROPOSFERA: Es la región en contacto con la superficie terrestre. Tiene un
espesor medio de 12 km.
ESTRATOSFERA: Es la región que se extiende hasta una altura de unos 50
km.
MESOSFERA: Se extiende hasta unos 80-100 km de altura.
TERMOSFERA o IONOSFERA: Su límite superior de altura no está defini-
do. Se extiende entre la mesosfera y la exosfera.
EXOSFERA o MAGNETOSFERA: La base de la exosfera se encuentra entre
unos 500-750 km. Por encima de los 2.000 km recibe el nombre de magne-
tosfera.
El papel jugado por las regiones altas de la atmósfera —mesosfera y termos-
fera— es determinante para impedir que lleguen las radiaciones más energé-
ticas de la radiación solar a la superficie terrestre. Los fenómenos de fotoio-
nización y fotodisociación que se producen, permiten la absorción de las
radiaciones más energéticas del UV lejano.
92
Respuestas a otras cuestiones teóricas
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También tiene una importancia decisiva la región de la estratosfera donde se
produce fundamentalmente la absorción por el ozono de radiaciones, tam-
bién del UV, con longitudes de onda comprendidas entre 240 y 300 nm.
2.21. En el balance energético global del sistema Tierra-atmósfera hay que tener en
cuenta no sólo la cantidad de radiaciones recibidas o emitidas por la Tierra,
sino también la longitud de onda de las mismas. Las radiaciones que, proce-
dentes del sol llegan a la Tierra, pertenecen fundamentalmente a la zona del
visible e infrarrojo próximo, por ser la atmósfera transparente a las mismas.
Sin embargo, la radiación que durante las horas nocturnas la Tierra remite al
espacio, está comprendida, prácticamente en su totalidad, en la zona del infra-
rrojo lejano, siendo una radiación de naturaleza fundamentalmente calorífica.
Algunos de los componentes naturales de la atmósfera (dióxido de carbono,
vapor de agua, monóxido de dinitrógeno, metano) y otras especies, esencial-
mente de origen antropogénico, existentes en el seno de la misma (CFCs,
HCFCs, ozono troposférico), experimentan grandes absorciones en la zona
del infrarrojo. Por ello la radiación emitida por la superficie terrestre en las
horas nocturnas queda retenida en la atmósfera en contacto con la Tierra y
sólo una parte de la misma puede escapar al espacio exterior. Este desequili-
brio del balance energético origina un calentamiento de la atmósfera cono-
cido como efecto invernadero.
El aumento de la concentración de los componentes naturales de la atmósfe-
ra causantes de efecto invernadero y de los contaminantes antropogénicos,
responsables también del mismo, se ha visto incrementada por las siguientes
acciones:
— Aumento de consumo de carburantes fósiles, lo que implica unas mayo-
res emisiones de CO2.
— Deforestación, lo que supone una menor actividad fotosintética y por tan-
to una menor reducción del CO2 atmosférico.
— Incendios forestales, con aumento de las cantidades de CO2 y CH4.
— Actividades industriales, entre las que puede destacarse la producción de
cemento, originando emisiones de CO2 al descomponer la piedra caliza
(CaCO3).
— Desgasificación del carbón y fugas, tanto en minas como en distribución
del gas, lo que implica aumento del CH4.
— Incremento de agricultura intensiva, con aumento de emisiones de N2O.
— Empleo de los CFCs como productos industriales.
— Actividades contaminantes que implican aumento del ozono troposférico
y otros componentes del «smog fotoquímico».
— Aumento de residuos productores de metano por descomposición anaerobia.
2.22. Se denomina «smog fotoquímico o seco» a la atmósfera predominantemen-
te oxidante que se origina con frecuencia en los núcleos urbanos, como con-
secuencia de los contaminantes primarios emitidos y la posterior evolución
de los mismos a contaminantes secundarios de naturaleza química altamen-
te oxidante.
Los contaminantes primarios causantes del smog fotoquímico son los óxidos
de nitrógeno y los hidrocarburos. En presencia de radiación solar, los hidro-
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Respuestas a otras cuestiones teóricas
carburos alteran el ciclo fotolítico de los óxidos de nitrógeno y causan la apa-
rición, a través de reacciones de tipo radicalario, de numerosas especies:
ozono, aldehídos, nitratos de peroxiacilo, nitratos de peroxibenzoílo, ... todas
ellas tóxicas y de gran poder oxidante. La neblina que ocasiona el conjunto
de todas estas especies recibe el nombre de smog fotoquímico o seco. La baja
dispersión de estos contaminantes y el mantenimiento de unas condiciones
atmosféricas con elevada radiación solar favorecen el proceso.
Los principales efectos ocasionados por este problema ambiental son de
naturaleza sanitaria, daños en el aparato respiratorio, ojos, dolores de cabe-
za...; daños ambientales impidiendo el crecimiento normal de las plantas y
daños en los materiales, especialmente en algunos de naturaleza polimérica,
por las reacciones de oxidación que ocasionan.
2.23.
(1) primarios (2) secundarios
(3) monóxido de carbono (4) óxidos de nitrógeno
(5) hidrocarburos (6) partículas
(7) smog fotoquímico (8) solar
(9) oxidantes fotoquímicos (10) ozono
(11) aldehídos (12) peroxiacilo y peroxibenzoílo
(13) óxidos de azufre (14) smog húmedo
(15) lluvia ácida (16) troposfera
(17) sulfúrico y nítrico (18) la acidez
(19) mal de la piedra (20) sulfato de calcio
2.24.
(1) dióxido de carbono (2) efecto invernadero antropogénico
(3) óxidos de azufre (4) óxidos de nitrógeno
(5) lluvia ácida (6) oxígeno
(7) nitrógeno (8) temperatura
(9) partículas (10) tamaño
(11) azufre (12) cal / carbonato de calcio
(13) sulfato / sulfito de calcio (14) aguas residuales
(15) electrofiltros (16) coste
2.25.
(1) longitudes de onda (2) energético
(3) absorción (4) reflexión
(5) termosfera (6) mesosfera
(7) estratosfera (8) fotoionización
(9) fotodisociación (10) troposfera
(11) infrarrojo (12) naturales
(13) dióxido de carbono (14) vapor de agua
(15) CFCs (16) ozono
(17) deforestación (18) combustibles hidrocarbonados
(19) residuos (20) efecto invernadero
(21) calentamiento
94
Respuestas a otras cuestiones teóricas
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2.26. a) La radiación más energética (UV lejano) es absorbida por los procesos de
fotoionización y fotodisociación en las regiones altas de la atmósfera. La
radiación ultravioleta menos energética (UV cercano) es absorbida por el
ozono estratosférico.
La radiación infrarroja es absorbida en una gran parte por la acción con-
junta del vapor de agua, dióxido de carbono y ozono naturales.
La radiación de la zona del visible y parte del infrarrojo próximo llega a la
Tierra por ser la atmósfera transparente a las mismas.
b) Los contaminantes primarios mayoritarios son:
— Monóxido de carbono (CO)
— Óxidos de nitrógeno (NOx)
— Óxidos de azufre (SOx)
— Hidrocarburos (HC) y/o Compuestos orgánicos volátiles (COVs)
— Partículas
Los procesos que los ocasionan son:
CO: Combustión incompleta de combustibles hidrocarbonados:
HC + O2 Æ CO.
Reacción entre el CO2 y el C del combustible no quemado.
Disociación del CO2 a altas temperaturas.
NOx : Combustión a elevada temperatura de los componentes
mayoritarios del aire usado como agente comburente:
N2 + O2 Æ NOx
SOx : Combustión de cualquier sustancia, especialmente combusti-
bles, que contienen azufre:
S + O2 Æ SOx
HC/COVs: Liberación por combustión incompleta de los mismos.
Partículas: Emisión de partículas de carbono por combustión incomple-
ta del combustible y de otros componentes no incinerables de
los combustibles.
Pérdidas de partículas en determinados procesos industriales,
como los llevados a cabo en cementeras, explotaciones de pie-
dra, minería, siderurgia, ...
c) La presión atmosférica disminuye de forma progresiva con la altura, de
forma que al comienzo de la estratosfera es del orden de 10-1
veces la pre-
sión al nivel del mar y alcanzándose valores inferiores a 10-5
veces la pre-
sión a nivel del mar a alturas en torno a 80 km.
Sin embargo, la temperatura no experimenta una variación regular, en la
troposfera disminuye de forma progresiva con la altura, siendo el gra-
diente adiabático 1°C por cada 100 m; en la estratosfera la tendencia se
invierte y la temperatura aumenta con la altura; en la mesosfera vuelve a
producirse una disminución progresiva al incrementarse la altura y en la
termosfera se altera de nuevo la tendencia, produciéndose un aumento
progresivo.
d) Se denominan contaminantes secundarios aquellos que no se emiten de
forma directa a la atmósfera, sino que se forman en el seno de la misma
como consecuencia de reacciones entre los contaminantes primarios
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Respuestas a otras cuestiones teóricas
emitidos directamente y otras especies existentes en la atmósfera. En la
formación de estas especies secundarias tiene gran importancia la exis-
tencia en el seno de la atmósfera de radiaciones capaces de originar pro-
cesos fotoquímicos y la presencia de especies muy reactivas, como los
radicales libres.
2.27. a) Para eliminar contaminantes gaseosos que van a ser emitidos a la atmós-
fera se emplean métodos basados en procesos de absorción producidos
por agua o disoluciones adecuadas o técnicas basadas en la adsorción
sobre soportes sólidos adecuados de los agentes a eliminar.
b) En los transportes se puede abordar el problema de los NOx, tratando de
minimizar su producción mediante:
• La mejora de la reacción de combustión, controlando la proporción
aire/combustible. Se considera óptima para lograr una mínima pro-
ducción, sin tener problemas técnicos de otro tipo, la denominada pro-
porción estequiométrica.
• Empleo de reactores de escape térmicos, basados en una combustión
en dos etapas en las que se controla la temperatura y la cantidad de aire
a aportar.
• Empleo de reactores de escape catalíticos, que recurren a catalizadores de
tipo reductor para reducir los óxidos de nitrógeno a nitrógeno molecular.
En los focos de combustión estacionaria puede optarse por minimizar
la producción de los óxidos de nitrógeno o desnitrificar los gases una vez
generados los contaminantes indicados:
• Minimización de la producción: se recurre a la mejora de la combus-
tión, lo que implica controlar la temperatura y las proporciones
aire/combustible, de forma que la producción de óxidos de nitrógeno
sea mínima. Las soluciones técnicas a aplicar para lograr esta mejora
pueden ser varias: combustión por etapas, recirculación de gases de
combustión, precalentamiento de aire, ...
• Desnitrificación de los gases: se emplean técnicas de vía húmeda
(absorción por agentes tales como acetato de sodio, EDTA, soluciones
alcalinas), o técnicas de vía seca recurriendo a reducciones catalíticas
selectivas o no, o a métodos de irradiación con haces de electrones.
c) Para la eliminación de partículas de los focos de combustión estacionaria
y de la industria y dependiendo del tamaño de las mismas puede optarse
por diferentes métodos, entre los que cabe citar:
• Colectores secos: cámaras de sedimentación por gravedad y ciclones
fundamentalmente.
• Colectores húmedos: lavadores de cámara, lavadores ciclónicos, lava-
dores por inercia y otros.
• Filtros de tela, filtros de mangas y precipitadores electrostáticos.
2.28. a) Los óxidos de azufre generan por sí mismos efectos indeseados que afec-
tan fundamentalmente al aparato respiratorio de los seres vivos, pero los
96
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efectos más notables de estos óxidos son los derivados de su conversión
en ácido sulfúrico, principal componente de la lluvia ácida. Esta lluvia
ácida ocasiona graves problemas, tanto en los ecosistemas como en los
materiales. Así, podríamos citar entre otras consecuencias: muerte y alte-
raciones de crecimiento en las plantas; acidificación de aguas con las con-
siguientes consecuencias sobre la vida acuática; alteración de los equili-
brios del suelo con movilización de metales y alteraciones en su
composición; aceleración de los procesos de corrosión de materiales
metálicos, ...
b) El dióxido de carbono, aunque no es un compuesto tóxico, preocupa
actualmente por su contribución al denominado «efecto invernadero
antropogénico». Esta contribución se debe a su capacidad de absorber
radiación de la zona de infrarrojo, con lo que el incremento de la con-
centración de este agente en la troposfera ocasiona un aumento de reten-
ción de radiaciones de este tipo, emitidas por la superficie terrestre en
las horas nocturnas, y el consiguiente aumento de temperatura de la
atmósfera.
c) Las diferencias entre N2O, NO y NO2 podrían resumirse de la siguiente
forma:
N2O, es un compuesto no tóxico y que no interviene en reacciones foto-
químicas. La principal fuente de emisión es la naturaleza y contribuye de
forma importante al efecto invernadero.
NO y NO2 son compuestos tóxicos e intervienen en reacciones fotoquími-
cas. Las principales fuentes de emisión son antropogénicas, contribuyen
de forma importante a la lluvia ácida y a la formación del smog fotoquí-
mico y aquellos óxidos que llegan o se emiten de forma directa a la estra-
tosfera catalizan la disminución del ozono estratosférico.
2.29. Las palabras de la columna izquierda se relacionan con las de la derecha de
la siguiente forma:
Óxidos de azufre - Lluvia ácida (1 - C):
Los óxidos de azufre son los principales causantes de la lluvia ácida, al evo-
lucionar en la atmósfera hasta ácido sulfúrico.
Partículas - Electrofiltro (2 - F):
Los electrofiltros son uno de los métodos más eficaces para la remoción de
partículas de una corriente gaseosa, dado que se obtienen resultados muy
altos para partículas de un variado tamaño de diámetro.
Ozono troposférico - Smog fotoquímico (3 - E):
El ozono, compuesto de elevado poder oxidante, que se forma en la tropos-
fera como consecuencia del ciclo fotolítico de los óxidos de nitrógeno, es un
contaminante secundario que contribuye de forma importante al fenómeno
conocido bajo la denominación de «smog» o niebla fotoquímica.
Adsorción - Métodos secos de depuración (4 - G):
Muchos de los métodos secos que se emplean para la depuración de corrien-
tes gaseosas se basan en fenómenos de adsorción, en los que se utilizan
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Respuestas a otras cuestiones teóricas
soportes sólidos de diferente naturaleza para adsorber, y así eliminar, los
contaminantes.
Metano - Efecto invernadero (5 - D):
Aunque se acepta que el principal agente causante del efecto invernadero es
el dióxido de carbono, también contribuyen al mismo otros compuestos,
entre los que se encuentra el metano, pues también este compuesto tiene una
fuerte absorción en la zona del infrarrojo.
Mesosfera - Fotoionización (6 - A):
En la mesosfera, una de las capas altas de la atmósfera, la acción de la radia-
ción ultravioleta de baja longitud de onda procedente del sol, provoca reaccio-
nes de fotoionización de los gases presentes en la misma. Gracias a estas reac-
ciones se detienen dichas radiaciones y se impide su llegada a la superficie
terrestre.
Inversión Térmica - Movimiento vertical contaminantes (7 - B):
Los contaminantes emitidos a la atmósfera se ven sometidos a un movi-
miento vertical en el seno de la misma, movimiento que es posible siempre
que la temperatura del aire descienda con la altura. Cuando el gradiente
de temperaturas es positivo, fenómeno que se conoce con el nombre de
inversión térmica, se ve impedido el movimiento vertical de las masas de
aire.
2.30. a) El ozono troposférico es un contaminante atmosférico, mientras que el
ozono estratosférico es totalmente necesario para la vida en la Tierra, por-
que absorbe la radiación solar de la región del ultravioleta cercana a la
visible.
Es cierto que el ozono troposférico se considera contaminante porque
es tóxico a ciertos niveles de concentración e induce procesos de oxida-
ción totalmente indeseables, mientras que el estratosférico es necesario
porque es capaz de absorber las radiaciones ultravioletas —y no del
infrarrojo— más próximas a la zona del visible y que no habían sido
retenidas en la mesosfera y termosfera por los procesos de fotoioniza-
ción y fotodisociación.
b) Los procesos de fotoionización y fotodisociación precisan mucha ener-
gía, por lo que se originan con radiaciones de baja longitud de onda.
Estos tipos de procesos son altamente energéticos, por lo que sólo pueden
provocarlos radiaciones de elevado contenido energético y éste es inver-
samente proporcional a la longitud de onda, por lo que tendrán alta ener-
gía las radiaciones de longitud de onda corta.
c) Los fenómenos de inversión térmica impiden la dispersión vertical de los
contaminantes.
El movimiento vertical de las masas de aire viene regido por el gradiente
de temperaturas, mientras que el movimiento horizontal está determina-
do por el régimen de vientos.
d) La generación de oxidantes fotoquímicos es relativamente rápida, por
lo que la atmósfera de un núcleo urbano tiene distinta composición
durante las horas diurnas.
98
Respuestas a otras cuestiones teóricas
© ITES-Paraninfo
Los oxidantes fotoquímicos se originan por acción de la radiación solar,
que genera la interacción de los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos,
de forma relativamente rápida, por lo que la composición de la atmósfe-
ra de los núcleos urbanos varía a lo largo del día. A primeras horas las
concentraciones de NO e hidrocarburos son importantes, mientras que
hacia mediodía las concentraciones de estas especies han disminuido y
han aumentado las de oxidantes fotoquímicos y NO2.
2.31. El ozono estratosférico absorbe las radiaciones UV de longitudes de onda
comprendidas entre 200-310 nm, experimentando el siguiente ciclo de reac-
ciones:
O2(g) + hn Æ 2 O(g)
O(g) + O2(g) + M(g) Æ O3(g) + M*
(g) + calor (1)
O3(g) + hn ( 200 < l < 310 nm) Æ O2(g) + O(g) (2)
O(g) + O(g) + M(g) Æ O2(g) + M*
(g) + calor
Cualquier factor que induzca un desequilibrio entre la tasa de ozono forma-
do en el proceso (1) y el destruido en el proceso (2), alterará la concentración
de ozono en la estratosfera.
Existen dos tipos de especies químicas a las que se atribuye la capacidad de
catalizar la reacción de destrucción del ozono (2), con la consiguiente altera-
ción del ciclo y disminución de la concentración total de esta especie en la
estratosfera. Son:
— Óxidos de nitrógeno emitidos de forma directa en la estratosfera por
acciones antropogénicas, tales como vuelos de aviones a gran altura y
pruebas nucleares. Estos óxidos originarían el siguiente proceso:
NO(g) + O3(g) Æ NO2(g) + O2(g)
NO2(g) + O(g) Æ NO(g) + O2(g)
Reacción global: O3(g) + O(g) Æ 2 O2(g)
— CFCs y HCFCs, liberados a la troposfera, pero que a causa de su estabili-
dad y capacidad de permanencia han alcanzado la estratosfera. Estos
compuestos actuarían, sintetizando, de la siguiente forma:
CFxCl4-x (g) + hn (190-225 nm) Æ CFxCl3-x (g) + Cl (g)
Cl(g) + O3(g) Æ ClO(g) + O2 (g)
ClO(g) + O(g) Æ Cl(g) + O2 (g)
Reacción global: O3(g) + O(g) Æ 2 O2(g)
La disminución de la capa de ozono puede tener dos consecuencias impor-
tantes sobre el clima: por un lado la llegada a la superficie terrestre de mayor
radiación UV al no ser retenida, y por otro el calentamiento originado indi-
rectamente a causa de esta mayor absorción de radiación por la superficie
terrestre en las horas diurnas y la consiguiente mayor emisión de radiación
infrarroja en las nocturnas.
99
© ITES-Paraninfo
Respuestas a otras cuestiones teóricas
2.32.
2.33. Una primera posibilidad a valorar sería la del cambio de combustible por otro
con menor contenido en azufre, lo que ocasionaría la consiguiente disminución
de SO2 y quizá también cierta disminución en la emisión de partículas. Si no se
opta por este método preventivo será preciso recurrir a alguna técnica adecua-
da para eliminar ambos tipos de especies una vez generados.
Para el SO2 podría optarse por un procedimiento seco o húmedo. Los secos
consistirían en esencia en la adición de caliza al horno de combustión, los
húmedos en el tratamiento de los gases con soluciones de tipo alcalino. La
decisión para la adopción del más idóneo vendría influenciada por numerosos
factores: cantidad de SO2 a eliminar, posible generación de aguas residuales,
problemas de incrustaciones en la caldera de combustión, ...
Para las partículas podría optarse por colectores secos, colectores húmedos o
filtros. También en este caso la decisión vendría condicionada por numerosos
factores: tamaño y naturaleza de las partículas a eliminar, caudal de gases a
tratar, eficiencia a obtener, humedad, temperatura y presión del gas a tratar, ...
2.34. En la troposfera, la temperatura del aire disminuye con la altitud; el gra-
diente térmico vertical considerado como normal es de –1°C/100 m (la tem-
peratura disminuye 1°C por cada 100 m de altitud), situación que recibe el
nombre de condiciones adiabáticas. Con el término de condiciones supe-
radiabáticas se designa a los gradientes superiores (en valor absoluto) al
valor normal (por ejemplo, -2°C/100 m) y con el de condiciones subadiabá-
ticas a los gradientes inferiores (en valor absoluto) al normal (por ejemplo,
-0,5°C/100 m).
La situación que más favorece la dispersión de los contaminantes atmosféri-
cos es la situación correspondiente a las condiciones superadiabáticas: la
100
Respuestas a otras cuestiones teóricas
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Sustancia Smog Lluvia Efecto Deterioro capa Fuente/s
Emitida seco ácida invernadero de ozono principal/es
CO NO NO NO NO Transporte
CO2 NO NO SÍ NO Transporte,
Combustiones
estacionarias y
de otro tipo,
Industria
NOX SÍ SÍ NO SÍ Transporte y
Combustión
estacionaria
HC SÍ NO Algunos NO Transporte,
Industria,
Agricultura
CFCs NO NO SÍ SÍ Industria
SOx NO SÍ NO NO Combustión
estacionaria,
Industria,
Transporte
fuerza responsable de la dispersión vertical de los contaminantes atmosféri-
cos, que posibilita que los contaminantes migren desde el nivel del suelo (don-
de se generan) hasta capas más altas de la atmósfera, es la existencia de dicho
gradiente vertical de temperaturas; cuanto mayor es dicho gradiente, mayor
es la tendencia a la dispersión vertical de los contaminantes atmosféricos.
2.35.
(1) partículas (2) adsorción
(3) compuestos orgánicos/hidrocarburos (4) óxidos de nitrógeno (NOx)
(5) óxidos de azufre (SOx) (6) 5 mm
(7) ciclones (colectores de inercia) (8) scrubbers (lavadores húmedos)
(9) filtros (10) precipitadores electrostáticos
(11) catalizadores (12) monóxido de carbono (CO)
(13) hidrocarburos (HC) (14) nitrógeno elemental
(15) plomo (16) motor de combustión
(17) eléctrica y solar (18) gas natural
(19) alcoholes (20) biocombustibles
2.36.
101
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Respuestas a otras cuestiones teóricas
Contaminante Principales fuentes Principales efectos sobre Principales métodos
de emisión el medio ambiente de tratamiento
SOx Combustión fuentes Lluvia ácida Neutralización con:
fijas — caliza (método seco)
— Ca(OH)2 (aq) (método
húmedo)
NOx Transporte Lluvia ácida Reducción hasta N2:
Combustión fuentes Formación del «smog — catalizada
fijas fotoquímico» (vehículos)
— sin catalizar
(focos combustión)
CO Transporte Variable Oxidación hasta CO2
(catalítica o no)
Hidrocarburos Transporte Formación del «smog» Oxidación hasta CO2 + H2O
(catalítica o no)
Partículas Industria Dificultan paso luz solar Filtros de tela (mangas)
Toxicidad seres vivos Precipitadores
electrostáticos
Lavadores húmedos
CFCs Aerosoles Disminución capa de ozono Reducción en origen
Circuitos refrigeración Efecto invernadero
CO2 Combustiones Efecto invernadero Reducción del uso de
combustibles fósiles
PROBLEMAS RESUELTOS
2.1. El monitor de una estación de control de la contaminación atmosférica da
una concentración diaria promedio para el SO2 de 480 mg/m3
a 30ºC y 1 atm,
¿cuál será la concentración de SO2 en ppm?
Solución:
A través de la ecuación de estado de los gases ideales se calcula el volumen que
ocupará la masa de contaminante, y puesto que ppm en volumen es cm3
contami-
nante/m3
aire:
2.2. El gas emitido por la chimenea de una central térmica contiene, a 460ºC,
diferentes concentraciones de SO2 según el carbón utilizado: a) 2.000 ppm y
b) 1.200 ppm. Si la emisión de gas es de 25.000 m3
/min, ¿cuál será la emisión
de SO2 expresada en g/s en cada uno de los casos?
Dato: La presión de los gases a la salida de la chimenea es de 1,05 atmósferas.
Solución:
Si calculamos los litros de SO2 emitidos por segundo y los multiplicamos por los
gramos de SO2 que contiene cada litro de este gas medido en las condiciones de pre-
sión y temperatura indicadas, calcularemos las emisiones de SO2 en gramos por
unidad de tiempo:
a) Volumen SO2/unidad de tiempo = Concentración SO2 · (Volumen total gases/uni-
dad de tiempo)
0,186 ppm SO2
Concentración SO
cm SO
m aire
SO
aire
2
3
2
3
2
( )
,
ppm
cm
m
= = =
0 1861 3
3
P V n R T
a
M
R T ; V
a R T
P M
Volumen SO
1
SO
2
2
= = =
= ¥ ¥
¥
¥
¥
¥ =
- -
-
480
1
10
0 082 303
1 64 07
10
0 1861
6
1 1
1
3 3
3
m
m
g
g
g
atm l K mol K
atm g mol
cm
l
cm
,
,
,
102
Problemas resueltos
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▲
▲
b) En el segundo caso se procede exactamente igual, sólo cambian los litros de SO2
emitidos por segundo:
2.3. Se observa que la concentración diaria promedio para el monóxido de nitró-
geno en una estación de monitoreo es de 40 mg/m3
a 25ºC y 750 mm de pre-
sión, ¿cuál será la concentración de NO en ppm?
Solución:
A través de la ecuación de estado de los gases ideales se calcula el volumen que
ocupará la masa de contaminante:
P V n R T
a
M
R T ; V
a R T
P M
= = =
559,5
g SO
s
2
Volumen SO / unidad de tiempo
gas SO
gas
SO
SO
SO
g SO / unidad de tiempo
SO SO
SO
2
2
2
2
2
2
2 2
2
= ¥ ¥
¥ ¥ = ( )
= ¥ =
25 000 1 200
1
1
10
1
60
500
1 05 460
500 1 119
3 3
3
3 3
. .
, , º
,
m
min
cm
m
l
cm
min
s
l
s
a atm C
l
s
g
l
932,5
g SO
s
2
Volumen SO / unidad de tiempo
gas SO
gas
SO
SO
SO
P V n R T
a
M
R T;
a
V
P M
R T
g SO / unidad de volumen
a
V
2
2
2
2
2
2
= ¥ ¥
¥ ¥ = ( )
= = =
= = =
¥ -
25 000 2 000
1
1
10
1
60
833 3
1 05 460
1 05 64 07
0 082
3 3
3
3 3
1
. .
,
, , º
, ,
,
m
min
cm
m
l
cm
min
s
l
s
a atm C
PM
RT
atm g mol
atm l K-
- -
¥
=
= ( )
= ¥ =
1 1
733
1 119
1 05 460
833 3 1 119
mol K
g
l
a atm C
l
s
g
l
,
, , º
, ,
SO
SO
g SO / unidad de tiempo
SO SO
SO
2
2
2
2 2
2
103
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Problemas resueltos
▲
2.4. El monitor de una estación municipal de control de la contaminación da una
concentración diaria promedio de ozono de 20 mg/m3
a 20ºC y 1 bar, ¿cuál
será la concentración de ozono en ppb?
Solución:
A través de la ecuación de estado de los gases ideales se calcula el volumen que
ocupará la masa de contaminante y puesto que ppb en volumen es mm3
contami-
nante/m3
aire:
2.5. La concentración de monóxido de carbono en el humo de un cigarro alcan-
za niveles de 450 ppm. Determine el porcentaje en volumen y la concentra-
ción en mg/m3
a 20ºC y a 1,1 atm.
Solución:
Como se conoce la concentración de CO en ppm, y en aire 1 ppm = 1cm3
de con-
taminante/m3
de aire, se puede calcular directamente el porcentaje en volumen de
10,14 ppb de O3
P V n R T
a
M
R T; V
a R T
P M
Volumen (O ) O
g
10
1
mm de a 1 bar
Concentración O
O
3 3 6
3
3
3
= = =
= ¥ ¥
¥
¥
¥ ¥
¥
◊
¥ = ( )
=
- -
-
20
1 0 082 293
1 48 00
1
10
1 01325 10
1
10
10 14 20
10 14
1 1
1 5
5 6 3
3
3
m
m
g
g
atm l K mol K
bar g mol
bar
Pa
Pa
atm
mm
l
O C
mm
m
,
,
,
, º ,
,
3
3
aire
=
0,033 ppm de NO
Volumen (NO)
1
NO a (25 C, 750 mm)
oncentración NO
NO
aire
= ¥ ¥
¥
¥
¥ ¥
¥ = ∞
= =
- -
-
40
1
10
0 082 298
750 30 01
10
760
1
0 033
0 033
6
1 1
1
3 3
3
3
3
m
m
g
g
g
atm l K mol K
mm g mol
cm
l
mm
atm
cm
C
cm
m
,
,
,
,
104
Problemas resueltos
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▲
▲
este contaminante. Posteriormente se calcula la concentración en mg/m3
aire utili-
zando la ecuación de estado de los gases ideales:
2.6. El gas del tubo de escape de un camión contiene un 2,2% en volumen de
monóxido de carbono, ¿cuál será la concentración de CO en mg/m3
a 30ºC y
1,02 atmósferas?
Solución:
Se calcula el volumen de CO en un m3
de gas de escape y, después, a través de la
ecuación de estado de los gases ideales, se calcula la masa que ocupará el citado
volumen:
a (1,02 atm, 303 K)
2,53.10
mg CO
m aire
4
3
P V n R T
a
M
R T; a
P M V
R T
Masa CO / m aire = a
aire 10
3
3
= = =
=
¥ ¥ ¥
¥
=
- - -
- -
1 02 28 01 22
0 082 303
1 3 1
1 1
, ,
,
atm g mol l m mg g
atm l K mol K
Volumen aire
m
m
l
m
l
m
CO / m
CO
aire
CO
CO
CO
aire
a (1,02 atm, 303 K)
3
= ¥ =
2 2
100
10
1
22
3
3
3
3 3
,
576
mg CO
m aire
3
450
450
10
10
1
0 45
11 28 01
0 082 293
1 28
6
3
1
1 1
CO
aire
l CO
CO
CO
aire
a 1,1 , 293
P V n R T
a
M
R T ; a
P V M
R T
;
a
V
P M
R T
a
V
CO
CO
a 1,1
3
3 3 3
ppm
m
m m
l
m
atm K
atm g mol
atm l K mol K
g
l
atm
ª ¥ = ( )
= = = =
=
¥
¥
=
-
- -
,
, ,
,
,
,
, 293
de CO
CO
aire
CO
CO
CO
CO
K
Concentración
l
m
g
l
mg
g
( )
= ¥ ¥ =
0 45 1 28 10
3
3
, ,
% en volumen = 0,045%
Porcentaje en volumen
m
m
c CO
aire
m
10 cm
3
3
3
6 3
= ¥ ¥ =
450
1
1
100
105
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Problemas resueltos
▲
2.7. Se utiliza magnesita (carbonato de magnesio) para depurar el dióxido de
azufre producido en una planta térmica en la que se emplea como combusti-
ble carbón con un contenido de azufre del 3,0%. La eficiencia de la elimina-
ción de SO2 debe ser del 90%, a fin de cumplir con los requisitos medioam-
bientales impuestos. Calcule:
a) Los kg de carbonato de magnesio estequiométricos que se necesitan por
kg de azufre en el carbón.
b) Los kg de magnesita necesarios por tonelada de carbón si se emplea un
20% de exceso de carbonato de magnesio y la riqueza de la magnesita en
carbonato de magnesio es del 85%.
Solución:
a) Se calcula la cantidad de carbonato de magnesio teniendo en cuenta la este-
quiometría de la reacción y sabiendo que cada mol de azufre origina un mol del
dióxido correspondiente:
b) Conociendo el contenido en azufre del carbón y teniendo en consideración la
estequiometría del proceso, el porcentaje de reducción deseado, el exceso a
emplear y la riqueza en carbonato de magnesio de la magnesita a emplear:
100,2 kg magnesita / t carbón
¥ ¥ ¥
( )
¥
¥ ¥ ¥ =
1
1
90
100
120
100
84 32
1
100
85
1
103
mol
mol total
mol
mol
g
mol
g
g
kg
g
SO
S
mol SO eliminado
mol SO
MgCO
SO eliminado
MgCO
MgCO
magnesita
MgCO
magnesita
magnesita
2 2
2
3
2
3
3 3
( )
( )
,
Masa magnesita t
t
t
g
t
mol
g
t carbón carbón
S
carbón
S
S
S
S
/
,
,
= ¥ ¥ ¥ ¥
1
3 0
100
10
1
1
32 07
6
2,367 kg MgCO / kg S
3
S (Carbón) - - - -- SO
MgCO SO O MgSO CO
MgCO kg S S
S
S
S
S
SO
S
SO eliminado
SO total
MgCO
SO
MgCO
MgCO
MgCO
MgCO
2
3 2 2 4 2
2
2
2
3
2
3
3
3
3
Æ
+ + æ Æ
æ +
= ¥ ¥ ¥ ¥
¥
( )
( )
¥ ¥ ¥ =
1 2
1
10
1
1
32 07
1
1
90
100
1
1
84 32
1
1
10
3
3
3
Masa de kg
g
kg
mol
g
mol
mol
mol
mol
mol
mol
g
mol
kg
g
/
,
,
106
Problemas resueltos
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▲
2.8. Una fábrica de abonos fosfatados emite a la atmósfera una media de 3 Nm3
de gas por kg de abono producido. La concentración promedio en partículas
sólidas del gas es del orden de 12 g/Nm3
. Calcule la cantidad de sólidos que
se emitirían a la atmósfera diariamente, si la fábrica produce 50 t/día de abo-
nos. ¿Qué cantidad de partículas tendrá que recuperarse diariamente,
mediante los sistemas adecuados, si sólo se permite emitir 80 mg partículas
sólidas/Nm3
?
Solución:
Cantidad diaria de sólidos = Concentración sólidos (g/Nm3
) · Caudal de gases
(Nm3
/día)
La cantidad de sólidos a recuperar será la diferencia entre los generados y los
que está permitido emitir:
Sólidos totales – Sólidos que se pueden emitir = Sólidos a recuperar
1.800 kg/día – 12 kg/día =
2.9. Una fábrica para el tratamiento de bauxita por vía húmeda, que trabaja en
continuo y procesa 1.500 t /día, emite a la atmósfera 10 Nm3
de gas por tone-
lada de bauxita tratada. Si la concentración en partículas de este gas es del
orden de 30 g/Nm3
, y se desea disminuirla hasta 200 mg/Nm3
, calcule el volu-
men, expresado en m3
, de la escombrera que se formará durante un año con
los sólidos retenidos en los filtros.
Dato: La densidad media del escombro es de 1,4 kg/dm3
.
1.788
kg sólidos
día
Sólidos que se permite emitir
abonos 10 abonos
abonos
gas
abono
sólidos
gas
sólidos sólidos
3
= ¥ ¥ ¥
¥ ¥ =
50
1
3
1
80
1
1
10
12
3
3 6
t
día
kg
t
Nm
kg
mg
Nm
kg
mg sólidos
kg
día
1.800
kg sólidos
día
Cantidad diaria de sólidos
abonos abonos
abonos
gas
abono
sólidos
gas
sólidos
sólidos
= ¥ ¥ ¥
¥ ¥ =
50 10
1
3
1
12
1
1
10
3 3
3 3
t
día
kg
t
Nm
kg
g
Nm
kg
g
107
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Problemas resueltos
▲
▲
Solución:
El volumen de la escombrera vendrá dado por las partículas sólidas a eliminar
y la densidad de las mismas:
Sólidos generados (gas) – Sólidos que se pueden emitir = Sólidos a eliminar
30 g/Nm3
– 0,2 g/Nm3
= 29,8 g/Nm3
2.10. La eliminación del sulfuro de hidrógeno (H2S) contenido en un gas puede lle-
varse a cabo mediante un proceso que implica las reacciones indicadas a con-
tinuación, que conducen, en último término, a la obtención de azufre ele-
mental (S):
2 H2S + 3 O2 Æ 2 SO2 + 2 H2O (1)
2 H2S + SO2 Æ 3 S + 2 H2O (2)
Se emplea este método para eliminar el H2S contenido en un gas residual con
una riqueza del 3% en S.
En la etapa (1) del proceso se consumen 0,05 Nm3
de aire, previamente rec-
tificado, por cada Nm3
de gas, y transcurre con una eficiencia del 91%. A con-
tinuación se emplea el SO2 generado en esta primera etapa para llevar a cabo
la reacción (2).
Calcule:
a) La cantidad de azufre elemental que se podrá obtener por Nm3
de gas
tratado.
b) La cantidad de H2S o de SO2 residuales que permanecerán al final del pro-
ceso, expresados en mg por Nm3
de gas.
Datos: Densidad media del gas 0,9 g/l en condiciones normales.
El aire tiene un 21% de O2 en volumen.
Solución:
a) Sabiendo la cantidad de sulfuro de hidrógeno presente en cada Nm3
de gas y el
oxígeno consumido para tratarlo, y teniendo en cuenta la estequiometría de la
V =1 165 10 m / año
4 3
, ◊
Volumen escombrera
sólidos a eliminar
sólidos
= ¥ ¥
¥ ¥ =
16 315 5 10
1
1
1 4
1
10
3
3 3
3 3
. ,
,
t
año
kg
t
dm
kg
m
dm
Sólidos a eliminar
bauxita gas
1 bauxita
sólidos a eliminar
sólidos
sólidos
16.315,5 t sólidos a eliminar / año
= ¥ ¥ ¥
¥ ¥ =
1 500 10 29 8
1
10
365
1
3 3
3
6
. ,
t
día
Nm
t
g
Nm
t
g
días
año
108
Problemas resueltos
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▲
primera etapa del proceso, se calcula la cantidad de sulfuro de hidrógeno elimi-
nado en esta reacción y por tanto el dióxido de azufre producido en la misma.
Una vez calculadas ambas, viendo sus cantidades relativas y teniendo en cuenta
la estequiometría de la segunda etapa del proceso podrá saberse el azufre pro-
ducido.
El primer paso es averiguar la concentración de H2S en el gas, a partir del dato
de la cantidad de S en el mismo (3%):
Azufre total/Nm3
gas Æ H2S (total) /Nm3
gas
Relación estequiométrica 1 mol S Æ 1 mol H2S
Etapa (1)
En la etapa (1), 2 moles de H2S producen 2 moles de SO2, por lo que se han ori-
ginado 0,284 moles de SO2.
Etapa (2): Relaciones molares por cada Nm3
de gas
2 H2S + SO2 Æ 3 S + 2 H2O
moles antes de reaccionar 0,558 0,284 – –
moles que reaccionan/ se forman -0,558 -0,558/2 +(3/2)·0,558
moles después de la reacción 0 0,005 0,837
Luego todo el H2S reacciona y se obtienen 0,837 moles de S / Nm3
gas
Moles H S restantes / Nm
0,842 H S (totales)
gas
0,284 H S (eliminados)
gas
0,558
H S (restantes)
2
3 2 2
2
= -
=
mol
Nm
mol
Nm
mol
Nm gas
3 3
3
H S eliminado(1)
aire
gas
21 O (teóricos)
aire
10 O
1 O
1 O
22,4 N O
2 H S (teóricos)
3 O
91 H S(reales)
100 H S(teóricos)
0,284 mol H S / Nm gas eliminados en la etapa (1)
2
2
3
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3
= ¥ ¥ ¥
¥ ¥ ¥ =
=
0 05
100
3
3
3
3 3
, Nm
Nm
Nm
Nm
Nl
Nm
mol
l
mol
mol
moles
moles
Moles totales H S en el gas
3 S
100 gas
1 S
32,07 S
1 H S
1 S
0,9 gas
1 N gas
10 gas
1 gas
0,842 H S
gas
2
2
3
2
= ¥ ¥ ¥
¥ ¥ =
g
g
mol
g
mol
mol
g
l
Nl
Nm
mol
Nm
3 3
109
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Problemas resueltos
b) El gas que ha quedado como residual es el dióxido de azufre, por lo que su con-
centración será:
2.11. Como se ha indicado en el problema anterior, el sulfuro de hidrógeno es una
fuente de azufre elemental a través de las dos ecuaciones reflejadas en dicho
problema.
Un gas natural que contiene un 3,5% de S como sulfuro de hidrógeno, nece-
sita ser tratado para eliminar el S. Es tratado de forma conveniente, consu-
miéndose 0,055 Nm3
de aire por Nm3
de gas natural, en la realización del
proceso (1). En la rectificación del aire se consigue O2 con una eficiencia del
90%. A continuación se aprovecha el SO2 para la realización del proceso (2).
Calcule:
a) La cantidad de azufre que se podrá obtener por Nm3
de gas natural tratado.
b) La cantidad de H2S que se seguirá emitiendo a la atmósfera expresada en
mg/Nm3
.
Datos: Densidad media del gas 0,87 g/l en condiciones normales.
El aire tiene un 21% de O2 en volumen.
Solución:
a) Las reacciones que tienen lugar son las siguientes:
Proceso (1): 2 H2S + 3 O2 Æ 2 SO2 + 2 H2O
Proceso (2): 2 H2S + SO2 Æ 3 S + 2 H2O
Azufre total/Nm3
gas Æ H2S (total) /Nm3
gas
Relación estequiométrica 1 mol S Æ 1 mol H2S
Moles totales H S en el gas
3,5 S
100 gas
1 S
32,07 S
1 H S
1 S
0,87 gas
1 N gas
10 gas
1 gas
0,949 H S
gas
2
2
3
2
= ¥ ¥ ¥ ¥
¥ =
g
g
mol
g
mol
mol
g
l
Nl
Nm
mol
Nm
3 3
320,4
mg SO
Nm gas
2
3
Cantidad SO
gas
5 10 SO
gas
64,07 SO
SO
10 SO
1 SO
2
3
2 2
2
3
2
2
Nm
mol
Nm
g
mol
mg
g
3 3
=
◊
¥ ¥ =
26,84
g S obtenido
Nm gas
3
S obtenido
0,837 S
gas
32,07 S
S
= ¥ =
moles
Nm
g
mol
3
1
110
Problemas resueltos
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▲
Proceso (1)
0,309 moles de H2S eliminados en el proceso (1) = 0,309 moles de SO2 produci-
dos en el proceso (1)
Proceso (2): Relaciones molares por cada Nm 3
de gas
2 H2S + SO2 Æ 3 S + 2 H2O
moles antes de reaccionar 0,64 0,309 – –
moles que reaccionan -2 · 0,309 -0,309 +3 · 0,309
moles después de reacción 0,022 0 0,927
Luego reacciona todo el SO2 y queda H2S residual.
b) La cantidad de H2S que no se ha eliminado y que se seguirá emitiendo a la
atmósfera será:
2.12. a) Una planta incineradora de residuos, sin control de gases, emitiría a la
atmósfera 9,5 kg de óxidos de nitrógeno por tonelada de basura incinera-
da. Calcule cuáles serían las emisiones diarias de NOx a la atmósfera en
una ciudad de 200.000 habitantes, en la que cada persona genera 1,2 kg
de basura/día, y la basura de la industria, que se trata en la misma inci-
neradora, representa 1,25 kg de residuo por habitante y día.
749,9
mg H S
Nm gas
2
3
Cantidad H S
gas
H S
gas
H S
H S
H S
H S
2 2 2
2
2
2
Nm
mol
Nm
g
mol
mg
g
3 3
3
0 022 34 086
1
10
1
ª ¥ ¥ =
, ,
29,73
g S
Nm gas
3
S (obtenido)
gas
0,927 S
gas
32,07 S
Nm
moles
Nm
g
mol
3 3
= ¥ =
Moles H S restantes =
0,949 H S (totales)
gas
0,309 H S (eliminados)
gas
0, 64 H S (a eliminar)
gas
2
2
2 2
mol
Nm
mol
Nm
mol
Nm
3
3 3
-
- =
Moles S
Nm
Nm
Nm
Nm
Nm
Nm
Nl
Nm
mol
l
S S
Nm
de H eliminados en (1)
aire
gas
21 O (teóricos)
aire
90 O (reales)
100 O (teóricos)
10 O
1 O
1 O
22,4 N O
2 mol H
mol O
mol H
gas
2
2
2
2
3
2
2
2
2
2
2
2
= ¥ ¥
¥ ¥ ¥ ¥ =
0 055
100
3
0 309
3
3
3
3
3
3 3 3
,
,
111
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Problemas resueltos
▲
b) ¿Cuál será la concentración de NO2 en los gases de emisión, expresada en
ppm, si dicha incineradora de residuos emite 12 Nm3
de gas por kg de basu-
ra incinerada y se considera que todos los óxidos de nitrógeno se expresan
como NO2?
Solución:
a) La cantidad de óxidos de nitrógeno se calcula teniendo en cuenta la cantidad de
basura incinerada diariamente y las emisiones de dichos óxidos que implica la
citada incineración:
b) La concentración se obtiene teniendo en cuenta las emisiones de óxidos de
nitrógeno y el volumen de gases generados:
Para expresar la concentración en ppm es preciso recurrir a la ecuación de esta-
do de los gases ideales, y considerar todos los NOx como NO2:
2.13. Una instalación de producción de energía térmica quema carbón como com-
bustible y produce unas emisiones gaseosas de 6,8 Nm3
por kg de combusti-
ble incinerado.
385 ppm de NO2
P V n R T
a
M
R T; V
a R T
P M
V
NO2
= = =
= ¥
¥
¥
¥ = fi
- -
-
0 792 0 082 273
1 46 01
10
1
385
3
1 1
1
3 3 3
3
, ,
,
g
Nm gas
atm l K mol K
atm g mol
cm
l
cm
Nm gas
Concentración NO
kg
t
t
kg
kg
Nm
kg
Nm gas
g
Nm gas
x
NO
a incinerar
a incinerar
gas
NO NO
x
x x
= ¥ ¥ =
=
◊
=
-
9 5 1
10
1
12
7 92 10 0 792
3 3
4
3 3
,
, ,
4.655 kg NO / día
x
NO diario
kg
día
t
kg
kg
t
x habitantes
a incinerar
habitante
NO
a incinerar
x
= ¥
◊
¥ ¥ =
200 000
2 45 1
10
9 5
3
.
, ,
Residuos a incinerar
basura 1,25 desechos
habitante
residuos a incinerar
habitante
=
+
( )
◊
=
=
◊
1 2
2 45
,
,
kg kg
día
kg
día
112
Problemas resueltos
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▲
a) Calcule cuál será la concentración de partículas, expresada en mg/Nm3
en
los gases de emisión, si se generan 7,2 kg de partículas por tonelada de
combustible incinerado.
b) Si debe disminuirse la concentración de partículas en los gases que se
emiten hasta 200 mg/Nm3
, indique qué tipo de sistema de depuración
podría instalarse para que las emisiones de esa industria cumpliesen el
objetivo de reducción y qué rendimiento exigiría al mismo.
c) Si se obliga a que el contenido en dióxido de azufre de los gases que se
emiten a la atmósfera sea inferior a 3.000 mg/Nm3
, exprese esta concen-
tración en ppm e indique cuánto SO2 se libera, como máximo, por cada
kg de combustible incinerado con esta concentración.
d) Si se desea cumplir el límite de emisión mencionado en el apartado ante-
rior sin instalar ningún sistema de depuración para el dióxido de azufre,
¿cuál será el contenido máximo de azufre que podrá tener el combustible
empleado?
Solución:
a) La concentración de partículas se calcula teniendo en cuenta su producción en
el proceso de combustión y la cantidad de gases emitidos en el mismo:
Concentración partículas = Cantidad partículas/Caudal de gases
b) El rendimiento del sistema de depuración vendrá determinado por la diferencia
entre las partículas generadas y las emitidas:
[partículas]producidas – [partículas]emitidas = [partículas]retenidas ó eliminadas
1.059 – 200 = 859 mg partículas / Nm3
gas
El sistema de depuración vendría determinado por el tamaño de partículas y el
rendimiento de la operación; podría instalarse un filtro de mangas o un precipi-
tador electrostático para las partículas de menor tamaño.
c) La concentración de dióxido de azufre puede expresarse en ppm sabiendo que
el volumen molar de un gas ideal en condiciones normales es 22,4 litros:
h = 81,11 %
hdepuración 100
859
1.059
100
[partículas]
[partículas]
eliminadas
producidas
= ¥ = ¥ =
mg/Nm
mg/Nm
3
3
1.059 mg partículas / Nm gas
3
Concentración partículas
kg
t
t
kg
kg
Nm
mg
kg
7,2 partículas
1 combustible
1 combustible
10 combustible
combustible
6,8 gas
10 partículas
1 partículas
3
6
= ¥ ¥
¥ ¥ =
3
113
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Problemas resueltos
La cantidad de dióxido de azufre emitido vendrá dada por la concentración y la
cantidad de gas:
=
d) Como la cantidad de SO2 a emitir con el límite establecido es de 20,4 g SO2 por
cada kg de combustible incinerado, y se sabe que cada mol de azufre origina un
mol de SO2:
2.14. Según la estimación de factores de emisión de la Agencia de Protección del
Medio Ambiente de Estados Unidos (USEPA), una coquería de una planta
siderúrgica emite 1,75 kg de partículas/t de carbón empleado.
Para una industria siderúrgica que utiliza 1.000 t de carbón al día, calcule:
a) La cantidad de partículas generadas en kg/h.
b) La concentración de las mismas, expresada en mg/Nm3
si el volumen total
de gases emitidos es de 6,4·106
Nm3
/día.
c) ¿Cuál debe ser el rendimiento mínimo de los sistemas de depuración que
se deben instalar si se permite un máximo de emisión de 100 mg/Nm3
?
d) ¿Qué cantidad máxima de partículas, expresada en t, emitirá la planta
anualmente una vez instalados los sistemas de depuración necesarios?
Compárela con las emisiones que se hubieran efectuado caso de no insta-
larse sistema alguno de depuración.
1,02 % S
% S en combustible
0,01021 kg S
kg combustible
= ¥ =
100
S
g
máximo en el combustible
20,4 g SO
kg combustible
g S
64,07 g SO
kg
10
kg S
kg combustible
2
2
3
= ¥ ¥ =
=
32 07 1
0 01021
,
,
20,4 g SO / kg combustible
2
SO emitido
mg
Nm
Nm
kg
g
mg
2 3
3
3.000 SO
gas
6,8 gas
combustible
1 SO
10 SO
2 2
3
2
= ¥ ¥ =
1.049 ppm SO2
ppm SO
mg
Nm
g
mg
mol
g
l
mol
cm
l
3.000 SO
gas
1
10
1 SO
64,07 SO
22,4 N SO
1 SO
10 N
1
Ncm SO
Nm gas
2
3
2
2
2
2
3 3
2
3
2 3
3
1 048 8
= ¥ ¥ ¥ ¥
¥ = =
. ,
114
Problemas resueltos
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▲
Solución:
a) La cantidad de partículas se calcula teniendo en cuenta su producción en el pro-
ceso de combustión, según el factor de emisión de la USEPA:
b) Para hallar su concentración debe considerarse la producción y el volumen de
los gases emitidos:
c) El rendimiento del sistema de depuración vendrá determinado por la diferencia
entre las partículas generadas y las emitidas:
[partículas]producidas – [partículas]emitidas = [partículas]retenidas o eliminadas
273,4 mg/Nm3
– 100 mg/Nm3
= 173,4 mg partículas / Nm3
gas
d) La cantidad anual de partículas vendrá determinada por la concentración y can-
tidad de los gases de emisión:
233,6
t partículas
año
Partículas anuales con depuración
partículas
partículas
partículas
= ¥
◊
¥
¥ ¥ =
100 6 4 10
365
1
1
10
3
6 3
9
mg
Nm
Nm
día
días
año
t
mg
,
h = 63,42 %
hdepuración 100
173,4
2
100
[partículas]
[partículas]
eliminadas
producidas
= ¥ = ¥ =
mg/Nm
mg/Nm
3
3
73 4
,
273,4
mg partículas
Nm3
Concentración partículas
1.000 carbón 1,75 partículas
carbón
1
gas
partículas
partículas
= ¥ ¥
¥
◊
¥ =
t
día
kg
t
día
Nm
mg
kg
6 4 10
10
6 3
6
,
72,92 kg partículas / h
Cantidad de partículas
1.000 carbón partículas
carbón
= ¥ ¥ =
t
día
kg
t
día
h
1 75 1
24
,
115
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Problemas resueltos
Si no hubiese depuración:
2.15. Por la chimenea de una fábrica de abonos nitrogenados, sale un caudal de
gas de 930 Nm3
/h. Dicha instalación utiliza como combustible 20.000
Nm3
/día de un gas natural cuya densidad es de 0,75 g/l, medida en condicio-
nes normales. Si el factor de emisión para los óxidos de nitrógeno es de 3 kg
NOx/t combustible, calcule la concentración de NO y NO2, en ppm, si el 90%
(en peso) de los NOx generados corresponde a NO.
Solución:
Puede calcularse la concentración total de óxidos de nitrógeno, conociendo el
factor de emisión de los mismos, la cantidad de combustible incinerada diaria-
mente y los gases emitidos en dicha incineración:
Densidad = 0,75 g/l = 0,75 kg/m3
Una vez conocido el total de óxidos de nitrógeno, se calculan las concentracio-
nes de NO y NO2 sabiendo que su proporción es 90 y 10%, respectivamente:
NO 1.354 ppm
[ ]=
Concentración NO
NO
gas
NO
NO
NO
NO
N
N
N
N NO
gas
x
x
= ¥ ¥ ¥ ¥
¥ =
2 016 90
100
1
30 01
22 4
1
10
1
1 354
3
3 3 3
3
,
,
,
.
g
Nm
g
g
mol
g
l
mol
cm
l
cm
Nm
2,016 g NO / Nm gas
x
3
Concentración NO
comb. comb.
N comb.
comb.
comb.
3 NO
comb.
10 NO
1 NO 24 gas
x
x
3
x
x
= ¥ ¥ ¥
¥ ¥ ¥ ¥ =
-
20 000 0 75
1
10
1
1
1 1
930
3
3
3
3
. ,
Nm
día
kg
m
t
kg
kg
t
g
kg
día
h
h
Nm
638,7
t partículas
año
Partículas anuales sin depuración
partículas
partículas
partículas
= ¥
◊
¥
¥ ¥ =
273 4 6 4 10
365
1
1
10
3
6 3
9
, ,
mg
Nm
Nm
día
días
año
t
mg
116
Problemas resueltos
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▲
2.16. En una central térmica se queman 3.000 t/día de un carbón con un conteni-
do en azufre de un 1,2%. Calcule:
a) Las toneladas de dióxido de azufre generadas al año.
b) ¿Cuál sería la concentración de dióxido de azufre sin depurar, expresada
en ppm y en mg/m3
, si el volumen total de gases producidos es de 3·107
Nm3
/día?
c) ¿Qué cantidad diaria de carbonato de calcio será necesario añadir a los
gases de combustión para reducir en un 80% las emisiones de dióxido de
azufre, precipitándolo en forma de sulfato de calcio?
Solución:
a) Sabiendo que un mol de azufre genera en la combustión un mol de SO2, se cal-
cula la cantidad de este gas emitida anualmente:
b) Conociendo la cantidad de SO2 emitida y el volumen de los gases de emisión,
calculamos la concentración de este contaminante:
2.397
mg SO
Nm gas
2
3
Concentración SO
2,625.10 SO 1
365 días
10 SO
1 SO
1
3 10 gas
2
4
2
9
2
2
7
= ¥ ¥ ¥
¥
◊
=
t
año
año mg
t
día
Nm3
2,625 10
t SO
año
4 2
◊
Cantidad anual de SO
3.000 carbón 10
1
1,2 S
100 carbón
1 S
32,07 S
SO
S
SO
SO
t SO
10 g SO
365 días
1 año
2
6
2 2
2
2
6
2
= ¥ ¥ ¥ ¥
¥ ¥ ¥ ¥ =
t
día
g
t
g
g
mol
g
mol
mol
g
mol
1
1
64 07
1
1
,
[NO ] 98,15 ppm
2 =
Concentración NO
NO
gas
NO
NO
NO
NO
N
N
N
98,15 N NO
gas
2
x 2
x
2
2
2
= ¥ ¥ ¥ ¥
¥ =
2 016 10
100
1
46 01
22 4
1
10
1
3
3 3 3
3
,
,
,
g
Nm
g
g
mol
g
l
mol
cm
l
cm
Nm
117
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Problemas resueltos
▲
La ecuación de estado de los gases permite expresar la concentración de SO2 en
ppm, ya que:
c) Conociendo la estequiometría del proceso, calculamos la cantidad de carbonato
de calcio a añadir:
SO2 + 1
/2 O2 + CaCO3 Æ CaSO4Ø + CO2
2.17. Una industria emite 2.000 Nm3
/h de gases con un contenido de 1.000
mg/Nm3
en dióxido de azufre y de 400 mg/Nm3
en una mezcla de monóxido
de carbono y etano. Calcule:
a) La cantidad mínima diaria de caliza del 80% en carbonato de calcio que
habría que añadir a la caldera de combustión si deseáramos eliminar el
90% de las emisiones de dióxido de azufre en forma de sulfato de calcio.
b) ¿Qué cantidad de ácido sulfúrico, expresada en moles, se producirá dia-
riamente si el 70% del dióxido de azufre emitido durante la misma se
transforma en este ácido?
c) Si se considera lluvia ácida la de pH= 4,5, ¿cuál es la concentración de
ácido sulfúrico capaz de originar este pH? ¿Cuántos litros de lluvia se
convertirían en lluvia ácida con el ácido sulfúrico producido en el aparta-
do b?
Nota: Opere considerando que el agua de lluvia tiene un pH neutro.
89,88
t CaCO
día
3
Cantidad de CaCO
2,625 10 SO 1
365
10
1
SO
SO
SO (reducidos)
SO (totales)
CaCO
SO
CaCO
CaCO
CaCO
CaCO
3
4
2
6
2
2
2
2
3
2
3
3
3
3
=
◊
¥ ¥ ¥ ¥
¥ ¥ ¥ ¥ =
t
año
año
días
g
t
mol
g
mol
mol
mol
mol
g
mol
t
g
1
64 07
80
100
1
1
100 09
1
1
106
,
,
837,5 ppm SO2
SO
Nm
cm
cm SO Nm gas
2 3
3 3
3
2
3
10
1
837 5
[ ]= ¥ = =
0,8375 l SO
gas l
2
, /
Volumen de SO
a R T
P M
SO
SO
SO
2
2
2
2
= =
◊ ¥ ¥
¥
=
=
- - -
2 397 10 0 082 273
1 64 07
0 8375
3 1 1
. ,
,
,
g atm l K mol K
atm g
l
1
1 3
3
SO
gas
P V n R T
a
M
R T
2
ppm
cm
m
=
= =
118
Problemas resueltos
© ITES-Paraninfo
▲
d) El % de monóxido de carbono y etano en la mezcla si sabemos que para
quemarlos totalmente se necesita aportar 480 mg de oxígeno por Nm3
de
gas emitido por la industria.
Solución:
a) Conociendo la estequiometría de la reacción de formación del sulfato de calcio,
la cantidad diaria de SO2 generado en la combustión y el porcentaje de reduc-
ción deseado:
SO2 + CaCO3 + 1
/2 O2 Æ CaSO4 + CO2
b) Sólo se emite un 10% del SO2 generado, y el 70% de éste se convertirá en H2SO4,
originándose un mol de ácido por cada mol de dióxido de azufre:
SO2 + 1/2 O2 + H2O Æ H2SO4
c) Haremos un cálculo aproximado, considerando el ácido sulfúrico totalmente
disociado. La concentración del mismo capaz de originar un pH de 4,5 se cal-
cula considerando la propia definición de pH:
pH - log [H O ] [H O ] mol / l
3 3
pH
= fi = = = ◊
+ + - - -
10 10 3 16 10
4 5 5
,
,
52,44 moles H SO / día
2 4
¥ ¥ =
70 SO (transformados)
100 SO (emitidos)
1 H SO
1 SO
2
2
2 4
2
mol
mol
mol
mol
Moles H SO / día
48.000 SO 10 SO
100 SO
1 SO
64,07 SO
2 4
2 2
2
2
2
= ¥ ¥ ¥
g
día
g emitidos
g generados
mol
g
84,36
kg caliza del 80%
día
Caliza diaria necesaria
g SO
día
90 SO (eliminados)
100 SO (totales)
1 SO
64,07 SO
1 CaCO
1 SO
100,09 CaCO
1 CaCO
100 caliza
80 CaCO
caliza
10 g caliza
2 2
2
2
2
3
2
3
3 3
3
= ¥ ¥ ¥
¥ ¥ ¥ ¥ =
48 000
1
. g
g
mol
g
mol
mol
g
mol
g
g
kg
SO generado / día
2.000 gas 1.000 SO
gas
1 SO
10 SO
g SO
día
2
2 2
3
2
2
= ¥ ¥ ¥ =
=
Nm
h
mg
Nm
h
día
g
mg
3
3
24
1
48 000
.
119
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Problemas resueltos
Considerando una disociación completa del H2SO4 :
Teniendo en cuenta la concentración causante de lluvia ácida y los moles de sul-
fúrico generados, se calcula el volumen de agua de lluvia que adquiriría la con-
dición de ácida:
d) Es preciso considerar los procesos de combustión de ambas sustancias y esta-
blecer la relación estequiométrica entre los moles de cada una de ellas y el oxí-
geno necesario para quemarlos:
CO + 1/2 O2 Æ CO2
C2H6 + 7/2 O2 Æ 2 CO2 + 3 H2O
X = mg CO
Y = mg C2H6
Primera ecuación: X + Y = 400 mg
Cálculo del oxígeno consumido en la combustión de X mg de CO e Y mg de
C2H6:
X + Y = 400 mg
0,571 X + 3,725 Y = 480 mg
◊ ◊
¸
˝
Ô
˛
Ô
¥ ¥ ¥ ¥ = ◊
1 C H
30,068 C H
7 / 2 O
1 C H
32 O
O
10 O
1 O
Y O
2 6
2 6
2
2 6
2
2
3
2
2
2
mol
g
mol
mol
g
mol
mg
g
mg
3 725
,
Oxígeno consumido por el C H Y C H
1 C H
10 C H
2 6 2 6
2 6
3
2 6
= ¥ ¥
mg
g
mg
Oxígeno consumido por el CO X CO
1 CO
10 CO
1 CO
28,01 CO
1/ 2 O
1 CO
32 O
O
10 O
1 O
X O
3
2 2
2
3
2
2
2
= ¥ ¥ ¥
¥ ¥ ¥ = ◊
mg
g
mg
mol
g
mol
mol
g
mol
mg
g
mg
0 571
,
Lluvia ácida = 3.317 m / día
3
V
H SO
H SO
52,44 H SO
H SO / l
,317.10 m
l
m
2 4
2 4
2 4
2 4
6 3
3
= =
◊
= ¥ =
-
n moles mol día
mol
l
día
día
º
[ ]
/
,
. /
1 581 10
3 1
10
3 319
5 3
H SO H O 2 H O SO
H SO
[H O ]
mol /
2 4 2 3 4
2 4
3
+ Æ +
= = ◊
+ -
+
-
2
5
2
1 581 10
[ ] , litro
120
Problemas resueltos
© ITES-Paraninfo
2.18. Un garaje particular de una casa unifamiliar tiene las siguientes dimensio-
nes: 4 m de largo, 4 m de ancho y 3 m de altura. El dueño de la casa introdu-
ce el coche y tras cerrar la puerta del garaje se queda en el interior del coche
escuchando música con el motor en marcha. Sabiendo que el valor de la con-
centración Inmediatamente Peligrosa para la Vida o la Salud (IPVS) para el
monóxido de carbono es de 1.500 ppm CO, calcular cuánto tiempo se tarda-
rá en alcanzar dicho valor en el garaje, teniendo en cuenta que la emisión
aproximada de gases por el tubo de escape del coche, al ralentí, es de 2,4
Nm3
/h y que la concentración de monóxido de carbono en los gases de esca-
pe es de 8,7 g CO/Nm3
.
Dato: Considérense condiciones normales para el tratamiento de los gases.
Nota: El parámetro IPVS (concentración Inmediatamente Peligrosa para la
Vida o la Salud) indica la concentración de contaminante a partir de la cual
la exposición puntual puede provocar la muerte inmediata o daños irreversi-
bles para la salud.
Solución:
En primer lugar hay que calcular la cantidad de CO (en masa) que debe con-
centrarse en el garaje de la casa para que se alcance el valor de IPVS, lo que se hará
teniendo en cuenta el valor del IPVS y el volumen del garaje considerado:
Masa de CO: PV nRT
a
de CO
1 atm 72 l 28,01 g mol
,082 atm l K 273 K
g CO
-1
-1
= = fi =
=
¥ ¥
¥
=
-
M
RT a
PVM
RT
Masa
mol
0
90 09
1
,
Volumen del garaje m m m m
para alcanzar el IPVS
c CO
Nm
litro
10
litros
3
3
3
= ¥ ¥ =
= ¥ ¥
¥ =
4 4 3 48
1 500 48
1
72
3
3
3
Volumen de CO
m
Nm
cm
.
%CO = 80,06 en peso
%C H 19,94 en peso
2 6 =
Y C H %C H
X = 320,23 mg CO %CO
320,23
400
2 6 2 6
= = ¥ =
= ¥ =
79 77
79 77
400
100 19 94
100 80 06
,
,
, %
, %
mg
121
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Problemas resueltos
▲
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  • 1. C a p í t u l o 2 Aire ❑ Cuestiones tipo test. ❑ Otras cuestiones teóricas. ❑ Respuestas a las cuestiones tipo test. ❑ Respuestas a otras cuestiones teóricas. ❑ Problemas resueltos. ❑ Problemas propuestos. ❑ Soluciones a los problemas propuestos.
  • 2. 75 © ITES-Paraninfo CUESTIONES TIPO TEST 2.1. ¿Cuáles de las siguientes propuestas son correctas? 1. La radiación solar visible y ultravioleta que se absorbe sobre la superficie terrestre se emite por la noche con la misma longitud de onda. 2. Los procesos de fotoionización y fotodisociación que se dan en las capas altas de la atmósfera nos protegen de la radiación infrarroja del sol. 3. Los oxidantes fotoquímicos son sustancias presentes en la atmósfera que se han producido en procesos fotoquímicos y que pueden oxidar materia- les no directamente oxidables por el oxígeno. 4. Toda la radiación que emite el sol pertenece a las longitudes de onda del visible e infrarrojo. A) 1, 2 y 3 B) 3 y 4 C) 3 D) 1 y 4 2.2. Indique las proposiciones correctas: 1. Es preciso que la concentración de ozono en la estratosfera no disminu- ya, sin embargo en la troposfera es deseable que la concentración de ozo- no no aumente. 2. Una concentración de SO2 en aire, de 2.000 ppm significa que hay 2.000 mg SO2/l. 3. Los oxidantes fotoquímicos son contaminantes primarios que se emiten en la combustión de compuestos carbonados. 4. Concentraciones iguales de contaminantes distintos causan idénticos efectos medioambientales. A) 1 B) 2 y 3 C) 2 y 4 D) 1, 2 y 3 2.3. De las propuestas indicadas a continuación, ¿cuáles son falsas? 1. Los CFCs son compuestos muy estables y sus enlaces se rompen con radiaciones de longitud de onda de la zona del ultravioleta. 2. El ozono estratosférico se destruye por la acción catalítica de átomos de cloro. 3. La peligrosidad de las partículas para el ser humano depende, entre otros factores, de su tamaño. 4. Los llamados gases de invernadero son especies que absorben radiación de la zona del infrarrojo. A) 1, 3 y 4 B) Ninguna C) 2 y 4 D) 1, 2 y 3
  • 3. 2.4. ¿Cuáles de las afirmaciones siguientes son ciertas? 1. El ozono troposférico es uno de los contaminantes presentes en el smog fotoquímico de las ciudades. 2. El smog fotoquímico se relaciona especialmente con los contenidos en la atmósfera de SO2, hidrocarburos y humedad. 3. El ozono es un contaminante troposférico. 4. En el smog fotoquímico participan los denominados oxidantes fotoquí- micos, que son unos contaminantes secundarios. A) 2 y 3 B) 1 y 4 C) Todas D) 1, 3 y 4 2.5. ¿Cuáles de las propuestas indicadas a continuación son ciertas? 1. Reduciendo el contenido de nitrógeno en los combustibles disminuiría de forma importante la emisión a la atmósfera de NOx en las combustiones. 2. El dióxido de carbono es el único gas causante del efecto invernadero. 3. La mayoría de los contaminantes emitidos en la superficie terrestre alcanzan con facilidad la estratosfera. 4. Es interesante que exista una determinada cantidad de ozono en la atmósfera, ya sea en la troposfera o en la estratosfera. A) Ninguna B) 2, 3 y 4 C) 1 D) 2 y 3 2.6. De las proposiciones siguientes, ¿cuáles son correctas? 1. El ciclo fotoquímico de los óxidos de nitrógeno se ve alterado por la pre- sencia de hidrocarburos en la atmósfera. 2. Los SOx y NOx son los principales causantes de la lluvia ácida. 3. Se dice que un contaminante del aire es secundario cuando existe en pequeña cantidad. 4. La combustión del carbón es una causa de la lluvia ácida, cosa que no ocurre de manera apreciable con la combustión de la mayoría de los gases naturales, aunque ambas contribuyen al efecto invernadero. A) Todas B) 1 y 4 C) 1, 2 y 4 D) 2 y 3 2.7. Indicar cuáles de las propuestas planteadas son ciertas: 1. Una proporción adecuada aire/combustible puede permitir eliminar a la vez CO, HC y NOx de los gases de escape de un automóvil. 2. El monóxido de carbono atmosférico puede ser absorbido por el suelo. 3. Las partículas presentes en la atmósfera proceden en un elevado porcentaje de fuentes naturales, destacando la formación de partículas de sal marina. 4. En la atmósfera se han ido incrementando las cantidades de CFCs debi- do a que son casi inertes químicamente y pueden difundirse hasta la estratosfera. A) 2 y 3 B) 1, 3 y 4 C) Todas D) 2, 3 y 4 76 Cuestiones tipo test © ITES-Paraninfo
  • 4. 2.8. Indique las propuestas correctas: 1. El efecto pernicioso de las partículas en suspensión, sobre la salud, depende fundamentalmente de su composición, pero no de su tamaño. 2. La emisión de CO e hidrocarburos a la atmósfera provocan la lluvia ácida y el «mal de la piedra». 3. Los CFCs son compuestos que contribuyen al llamado efecto invernadero y a la disminución de la capa de ozono estratosférica. 4. Los oxidantes fotoquímicos pueden deteriorar ciertos materiales polimé- ricos, como el caucho. A) 3 B) 1, 3 y 4 C) 1 y 2 D) 3 y 4 2.9. ¿Cuáles de las siguientes propuestas planteadas son correctas? 1. A escala global, el origen de los contaminantes primarios en la atmósfera es fundamentalmente antropogénico. 2. La concentración de los componentes del smog fotoquímico varía a lo lar- go del día. 3. El smog fotoquímico se ve favorecido con condiciones climáticas secas y luminosas. 4. Las partículas presentes en la atmósfera acaban depositándose en la cor- teza terrestre por dos vías: deposición en seco y deposición húmeda. A) 2, 3 y 4 B) Todas C) 1 y 4 D) 1, 2 y 3 2.10. Señalar cuáles de las propuestas indicadas a continuación son ciertas: 1. Todos los óxidos de nitrógeno que se emiten a la atmósfera ocasionan efectos semejantes. 2. La disminución de la capa de ozono estratosférica se atribuye esencial- mente a los CFCs y NOx. 3. Cuanto mayor sea la proporción aire/combustible empleada en la com- bustión de un hidrocarburo, menor será la cantidad de CO emitido, pero podría aumentar la de NOx. 4. El incremento de las cantidades de CFCs en la atmósfera se debe en par- te a su inercia química, lo que ha permitido su permanencia y difusión hasta la estratosfera. A) 2 y 4 B) 1, 3 y 4 C) 2 y 3 D) 2, 3 y 4 2.11. Señale las proposiciones falsas: 1. La eliminación de NOx sólo puede hacerse por reducción catalítica. 2. Para la eliminación de partículas en gases pueden emplearse métodos de desestabilización-coagulación de coloides. 3. El agua empleada en el lavado de gases contaminados con SOx se debe tratar como agua residual. 4. Los óxidos de azufre pueden eliminarse precipitándolos como sulfato de calcio. A) 2 y 4 B) 1 C) 1, 2 y 4 D) 3 77 © ITES-Paraninfo Cuestiones tipo test
  • 5. 2.12. ¿Cuáles de las propuestas indicadas a continuación son ciertas? 1. La eliminación de partículas puede realizarse mediante cámaras de sedi- mentación, ciclones, electrofiltros, filtros de mangas o lavado húmedo. 2. La combustión en dos etapas puede utilizarse para reducir la emisión de NOx en los focos de combustión estacionarios. 3. Los óxidos de azufre pueden eliminarse precipitándolos con el uso de ciclones o de electrofiltros. 4. En el transporte, las medidas depuradoras de las emisiones atmosféricas debieran reducir, fundamentalmente, las emisiones de NOx, hidrocarbu- ros y CO. A) 1 y 2 B) 2 y 4 C) 1, 2 y 4 D) Todas 2.13. De las proposiciones planteadas a continuación, ¿cuáles son verdaderas? 1. En los focos de combustión estacionaria, los óxidos de azufre se pueden eliminar mediante un lavado con una lechada de Ca(OH)2. 2. Un método para eliminar la emisión de gases nocivos en los vehículos con motor de explosión es utilizar catalizadores de dos vías, oxidante-reductora. 3. Las cámaras de sedimentación son un buen método para la eliminación de partículas finas. 4. Las emisiones de CH4 contribuyen al efecto invernadero. A) 2, 3 y 4 B) 1, 2 y 4 C) 2 y 3 D) Todas 2.14. ¿Cuáles de las siguientes afirmaciones son ciertas? 1. Los valores de inmisión y de emisión siempre son iguales. 2. Las capas de inversión térmica en la troposfera impiden la dispersión ver- tical de los contaminantes. 3. En ausencia de inversión térmica la temperatura de la troposfera dismi- nuye con la altitud. 4. La dispersión de contaminantes se ve afectada por el régimen de vientos. A) Todas B) 1, 3 y 4 C) 2, 3 y 4 D) 1 y 4 2.15. Indique qué proposiciones son ciertas: 1. Las reacciones fotoquímicas en la troposfera son fundamentalmente de tipo iónico. 2. La temperatura de la atmósfera disminuye siempre con la altura. 3. Todo el oxígeno contenido en la atmósfera terrestre se encuentra en for- ma de moléculas diatómicas. 4. En la termosfera existen iones y electrones libres. A) 3 y 4 B) 1 y 2 C) 4 D) 1, 2 y 3 78 Cuestiones tipo test © ITES-Paraninfo
  • 6. 2.16. ¿Cuáles de las siguientes afirmaciones son ciertas? 1. Una zona en la que los valores de inmisión estén ligeramente por debajo de los valores guía es una zona con mala calidad de ambiente atmosférico. 2. Los valores de los umbrales de los valores máximos de inmisión permiti- dos pueden ser distintos, según sean los períodos de tiempo considerados. 3. La utilización de factores de emisión es frecuente para realizar evalua- ciones de posibles impactos ambientales. 4. La legislación reconoce el libre acceso de cualquier persona, física o jurí- dica, a los datos ambientales en poder de la Administración. A) 2, 3 y 4 B) 2 y 3 C) 1 y 4 D) 1, 2 y 3 2.17. ¿Cuáles de las siguientes proposiciones son falsas? 1. Las fuentes principales de la emisión de metano y de compuestos orgáni- cos volátiles no metánicos a la atmósfera son las mismas. 2. Es tal la importancia del tamaño de las partículas que en la actualidad tienden a estimarse por separado las emisiones de partículas grandes y finas. 3. El smog fotoquímico y el smog húmedo se diferencian por la ausencia o no de agua, pero el resto de componentes son semejantes. 4. Si las combustiones se realizaran con oxígeno en lugar de emplear aire como agente comburente, las cantidades de óxidos de nitrógeno que se formarían serían mucho menores. A) 1 y 2 B) 2, 3 y 4 C) 1, 3 y 4 D) 1 y 3 2.18. Señale las proposiciones que considere correctas: 1. Los métodos de absorción para la eliminación de contaminantes gaseosos se basan en fenómenos de retención de estos agentes sobre soportes sóli- dos. 2. Es frecuente emplear métodos que implican la modificación de la com- bustión para la eliminación de monóxido de carbono e hidrocarburos. 3. Nunca pueden eliminarse óxidos de nitrógeno acudiendo a métodos de desnitrificación por vía seca. 4. La eficacia de un adsorbedor para la eliminación de contaminantes es función de la naturaleza del sistema adsorbente-gas, pero tiene también gran importancia la porosidad y el área superficial del adsorbente. A) 1, 2 y 3 B) 2 y 4 C) 3 y 4 D) 2 y 3 79 © ITES-Paraninfo Cuestiones tipo test
  • 7. OTRAS CUESTIONES TEÓRICAS 2.19. Defina los siguientes términos relacionados con la química ambiental del aire: a) Reacciones de fotoionización b) Valor de inmisión c) Contaminantes primarios (indique los principales) d) Partículas e) Reacciones de fotodisociación f) Valor de emisión 2.10. Señale las capas en que se divide la atmósfera terrestre e indique por qué son importantes las denominadas «capas altas» o «capas externas». 2.21. Indique por qué se produce el efecto invernadero, qué gases lo ocasionan y por qué se ha incrementado la emisión de los mismos. 2.22. Explique qué es el «smog fotoquímico», qué contaminantes lo ocasionan y qué efectos nocivos causa. 2.23. Después de leer detenidamente el texto, haga un listado con la/s palabra/s que corresponderían a cada uno de los números señalados en el mismo. Los contaminantes atmosféricos se pueden dividir en ......(1)...... y ......(2)..... , aquellos que se emiten directamente a la atmósfera son los ......(1)..... . Los cinco grupos principales de contaminantes son el .....(3).... , los ......(4)..... , los óxidos de azufre , los .....(5)..... o compuestos orgánicos volátiles y las ......(6)..... . De ellos, los ......(4)..... y los .....(5)......, están involucrados en el lla- mado ......(7)..... o seco. Este ......(7)..... , se produce a causa de la radiación ...... (8)..... y la presencia de los .....(4) y (5), originando la presencia de los lla- mados .......(9)..... , que son contaminantes ......(2)...... . Entre las sustancias que se originan en este fenómeno de contaminación destacan el ......(10)..... y compuestos orgánicos de carácter carbonílico como los .....(11)..... y las espe- cies irritantes, nitratos de .....(12)..... . En ambientes húmedos, los .....(13)..... y las .....(6)...... son los responsables de otro fenómeno de contaminación denominado como ......(14)..... . Tanto los .....(13)...... como los .......(4)......, están implicados como principales respon- sables de la ......(15)...... , ya que estos contaminantes evolucionan en la región de la atmósfera llamada .......(16)....... , formando los correspondientes ácidos .......(17)...... , que son también contaminantes .......(2)...... . Entre los efectos causados por la ......(15)...... , se puede destacar junto al aumento de la......(18)....... de suelos y aguas, el llamado ......(19)....... que es el ataque a materiales calizos de nuestro patrimonio histórico, con transformación del carbonato de calcio en .......(20)........ . 2.24. Todos los procesos de combustión de cualquier combustible hidrocarbonado originan la emisión a la atmósfera de .....(1)....., agente que contribuye de for- ma importante al denominado....(2)..... Además, dependiendo de la calidad 80 Otras cuestiones teóricas © ITES-Paraninfo
  • 8. del combustible, pueden emitir cantidades relativamente importantes de ...(3)...., los cuales son, junto con los ...(4)...unos de los principales causantes de la ....(5)..... Los ....(4)... se originan en las combustiones debido a la reac- ción entre el ...(6).... y el ...(7)... del aire, pero la cantidad formada depende fuertemente de la ...(8)... a la cual se realiza el proceso. También es frecuen- te la generación de ...(9)..., cuya peligrosidad es variable en función de su ...(10)..., pues penetran en el sistema respiratorio según sea aquél. Para minimizar la emisión de ....(3).... es interesante emplear combustibles con un bajo contenido en ...(11)....; caso de no hacerlo, será preciso recurrir con posterioridad a métodos de depuración, pudiendo optarse por métodos secos, entre los cuales es frecuente la adición de ....(12)... al horno de com- bustión con el objetivo de transformar los ....(3)... en ....(13)..... También pue- den utilizarse métodos denominados húmedos, en este último caso será pre- ciso tratar con posterioridad las ...(14).... generadas. Para la remoción de las ...(9)... existen multitud de métodos, si bien el ....(10)... es determinante para la adopción de unos u otros. Uno de los más versátiles son los ....(15)...aunque tienen el inconveniente del ...(16)... ocasio- nado por su instalación. 2.25. La radiación electromagnética procedente del sol corresponde a un amplio espectro de ...(1)... lo que implica un contenido ....(2)... muy distinto para unas y otras. Gran parte de la radiación, experimenta fenómenos de ...(3)... o ...(4).... antes de alcanzar la superficie terrestre. Esta...(3)... de las...(1)... de menor valor, tiene lugar principalmente en las regiones de la atmósfera deno- minadas ...(5)..., ...(6)... y ...(7)... y debido a ella se producen reacciones de ...(8)... y ...(9)...lo que implica que las especies mayoritarias presentes en estas zonas son distintas de las que forman parte de la ...(10)..., capa de la atmósfera en contacto con la superficie terrestre. La radiación absorbida por la Tierra es remitida al espacio en forma de radiación de longitud de onda de la región del ....(11)... Este tipo de radia- ciones son en parte absorbidas por algunos componentes ....(12)... de la atmósfera, tales como el ...(13)... y el ...(14)..., pero también por especies de origen fundamentalmente antropogénico como los...(15)... y el ...(16)... tro- posférico. En cualquier caso, las emisiones de los componentes ...(12)... se están viendo incrementadas de manera desmesurada por determinadas prác- ticas antropogénicas. Así, el aumento progresivo de ...(13)... se produce a causa, entre otras, de la ....(17)..., el uso de ....(18)....o la quema de ...(19).... Como consecuencia de todas estas acciones se ha originado el denominado ....(20)...., una de cuyas consecuencias más preocupantes es el ...(21).... pro- gresivo de la atmósfera terrestre. 2.26. Conteste a los siguientes apartados: a) ¿Por qué a la superficie terrestre llega radiación solar que corresponde en su mayor parte sólo a la zona del visible? b) ¿Cuáles son los contaminantes primarios mayoritarios del aire y cuáles los principales procesos químicos antropogénicos que ocasionan su emisión? c) ¿Cuál es la variación experimentada por la temperatura y la presión en las distintas regiones de la atmósfera? d) ¿Qué es un contaminante secundario y por qué se forma? 81 © ITES-Paraninfo Otras cuestiones teóricas
  • 9. 2.27. Responda a los siguientes apartados: a) Señale en qué tipo de procesos se fundamentan los métodos que se emplean para eliminar contaminantes gaseosos que se emiten a la atmósfera. b) Señale los principales métodos empleados para eliminar o reducir las emisiones de NOx originadas por el transporte y por los focos de combus- tión estacionarios. c) ¿Cuáles son los principales métodos de eliminación de partículas proce- dentes de los focos de combustión estacionaria y de la industria? 2.28. Responda a las siguientes cuestiones: a) Explique brevemente cuáles son los principales efectos ocasionados por los SOx. b) Señale por qué el dióxido de carbono, componente natural del aire, se considera actualmente un agente contaminante preocupante. c) Indique las principales diferencias entre el monóxido de dinitrógeno, el monóxido de nitrógeno y el dióxido de nitrógeno. 2.29. Relacione cada una de las palabras de la columna izquierda con las de la derecha, razonando brevemente su elección: 1. Óxidos de azufre A. Fotoionización 2. Partículas B. Movimiento vertical contaminantes 3. Ozono troposférico C. Lluvia ácida 4. Adsorción D. Efecto invernadero 5. Metano E. Smog fotoquímico 6. Mesosfera F. Electrofiltro 7. Inversión Térmica G. Métodos secos de depuración 2.30. Reescribir las proposiciones falsas que se señalan a continuación, de tal for- ma que se transformen en correctas (respetando la esencia de las mismas). Razone los cambios efectuados. a) El ozono troposférico es un contaminante atmosférico, mientras que el ozono estratosférico es totalmente necesario para la vida en la tierra, por- que absorbe la radiación solar de la región del infrarrojo cercano. b) Los procesos de fotoionización y fotodisociación precisan poca energía, por lo que se originan con radiaciones de elevada longitud de onda. c) Los fenómenos de inversión térmica impiden la dispersión horizontal de los contaminantes. d) La generación de oxidantes fotoquímicos es relativamente lenta, por lo que la atmósfera de un núcleo urbano tiene la misma composición duran- te las horas diurnas. 2.31. Explique por qué se produce la disminución de la capa de ozono estratosfé- rica, indicando los tipos de contaminantes que la originan y cómo influye esta disminución sobre el clima. 82 Otras cuestiones teóricas © ITES-Paraninfo
  • 10. 2.32. Completar el siguiente cuadro, referente a problemas de contaminación atmosférica. Se señala la participación de cada sustancia en los distintos efectos: NO (sin influencia apreciable); SÍ (con influencia) 2.33. Una industria del sector del automóvil posee unas calderas que utilizan como combustible fuel-oil, lo que genera una emisión de gases contaminan- tes que sobrepasa los límites legales establecidos para el SO2 y las partículas. Indique cómo plantearía la posible depuración de dichos contaminantes. 2.34. Explique en qué consisten las siguientes categorías de estabilidad atmosférica: • condiciones adiabáticas • condiciones superadiabáticas • condiciones subadiabáticas ¿En cuál de ellas se favorece más la dispersión vertical de los contaminantes atmosféricos? ¿Por qué? 2.35. Completar el siguiente texto con los términos adecuados: De cara a la depuración de contaminantes atmosféricos en procesos indus- triales, éstos se suelen dividir en dos grandes grupos: gases y ….(1)…, debido a los diferentes métodos de depuración que se emplean con cada uno de ellos. Para la depuración de gases se pueden utilizar procesos de absorción sobre líquidos, procesos de ….(2)….sobre sólidos, procesos de combustión (empleados frecuentemente para eliminar …(3)…. y procesos de reducción, cuya aplicación más típica es la eliminación de …(4)….. Uno de los métodos más utilizados para la eliminación de los ….(5)….es el lavado de los gases con una disolución acuosa de hidróxido de calcio. Con respecto a las ….(1)…, la fracción más peligrosa es la que tiene tamaños comprendidos entre 0,1 y ….(6)…… mm, ya que no son retenidas ni eliminadas por las mucosas de las vías respiratorias. Los principales equipos para la captación y eliminación de ….(1)…..son: las cámaras de sedimentación, los ….(7)….que se basan en la acción de la fuerza centrífuga, los ….(8)….que emplean una corriente de líquido para lavar el gas residual, los diversos tipos 83 © ITES-Paraninfo Otras cuestiones teóricas Sustancia Smog Lluvia Efecto Deterioro capa Fuente/s Emitida seco ácida invernadero de ozono principal/es CO NO NO NO NO Transporte CO2 NO SI NO SI Transporte y Combustión estacionaria SI NO Algunos CFCs NO SI SOx NO
  • 11. de ….(9)….(los más utilizados son los de tela o mangas) y los ….(10)…., que se basan en la técnica de electrodeposición. Otra de las principales fuentes de emisión de contaminantes atmosféricos es el transporte; una de las solucio- nes actuales para controlar las emisiones de los automóviles es la utilización de ….(11)….. Los más usados son los ….(11)….de tres vías, que interviene en la oxidación del ….(12)….y de los ….(13)….hasta CO2 y en la reducción de los ….(4)….hasta ....(14)....; estos vehículos deben utilizar gasolina sin ….(15)…., ya que éste es un veneno para los ….(11)…. Otras alternativas para disminuir la emisión de contaminantes serían cam- bios en el ..... (16).... y coches movidos con energías..... (17)... y la sustitución de gasolinas por otros combustibles menos contaminantes, como ...(18)..., ...(19)... y ...(20)..., obtenidos estos últimos a partir de biomasa vegetal. 2.36. Completar los huecos que quedan en la siguiente tabla relacionada con la contaminación atmosférica. 84 Otras cuestiones teóricas © ITES-Paraninfo Contaminante Principales fuentes Principales efectos sobre Principales métodos de emisión el medio ambiente de tratamiento Combustión fuentes Lluvia ácida fijas NOx Transporte Combustión fuentes fijas CO Variable Transporte Oxidación hasta CO2 + H2O (catalítica o no) Partículas Dificultan paso luz solar toxicidad seres vivos Aerosoles Reducción en origen Circuitos refrigeración Efecto invernadero Reducción del uso de combustibles fósiles
  • 12. RESPUESTAS A LAS CUESTIONES TIPO TEST 2.1. 1. FALSA. La radiación solar visible y ultravioleta que se absorbe sobre la superficie terrestre durante el día se emite por la noche con una longitud de onda mayor, la del infrarrojo. 2. FALSA. Los procesos de fotoionización y fotodisociación que se dan en las capas altas de la atmósfera nos protegen de una parte de la radiación ultravioleta del sol, de la de más alta energía. 3. CIERTA. Los oxidantes fotoquímicos se forman en la atmósfera por acción de la radiación solar que origina reacciones fotoquímicas radica- larias con algunos contaminantes primarios, tales como óxidos de nitró- geno e hidrocarburos, generando compuestos de gran poder oxidante que pueden afectar a numerosos materiales inertes frente al oxígeno molecular. 4. FALSA. El sol emite radiaciones de muy diversas longitudes de onda per- tenecientes a distintas zonas del espectro, desde UV hasta IR mayorita- riamente. Respuesta C 2.2. 1. CIERTA. En la estratosfera es preciso que el ozono no disminuya, porque impide la llegada a la superficie terrestre de radiaciones peligrosas, de longitud de onda de la zona ultravioleta, sin embargo, en la troposfera es deseable que el ozono no aumente, pues contribuye a la formación del smog fotoquímico y es, en sí misma, una especie tóxica. 2. FALSA. Una concentración de SO2, en aire, de 2.000 ppm, significa que hay 2.000 cm3 SO2 / m3 de aire. 3. FALSA. Los oxidantes fotoquímicos son contaminantes secundarios, pro- ducidos en procesos fotoquímicos a partir de contaminantes emitidos por distintas fuentes. 4. FALSA. Las dosis letales y los daños que pueden causar los contaminan- tes están relacionados con las concentraciones de los mismos en el aire, pero dependen esencialmente, y de una manera decisiva, de la naturaleza del contaminante. Respuesta A 2.3. 1. CIERTA. Los CFCs son compuestos casi inertes químicamente y volátiles y pueden difundirse hasta la estratosfera, donde radiaciones muy energé- ticas de la zona del ultravioleta rompen sus enlaces, produciendo radica- les libres. 2. CIERTA. La acción catalítica del átomo de cloro en la destrucción del ozo- no estratosférico está comprobada. Su acción, de forma simplificada, puede escribirse de la siguiente forma, iniciando el proceso el átomo de cloro y recuperándose luego inalterado: Cl (g) + O3(g) Æ ClO (g) + O2 ClO (g) + O(g) Æ Cl(g) + O2 Reacción global O3(g) + O (g) Æ 2O2(g) 85 © ITES-Paraninfo Respuestas a las cuestiones tipo test
  • 13. 3. CIERTA. El tamaño de las partículas tiene una influencia muy grande en el grado de peligrosidad que presentan, pues su mayor o menor penetra- bilidad en el aparato respiratorio, y consiguientes efectos sobre la salud, depende del mismo. 4. CIERTA. Los llamados gases de invernadero, CO2, CH4, etc., absorben radiación de la zona del IR, impidiendo que gran parte de la radiación emitida por la superficie terrestre alcance la atmósfera exterior, lo que induce un aumento de temperatura de la atmósfera próxima a la tierra. Respuesta B 2.4. 1. CIERTA. El ozono troposférico, contaminante secundario formado por acción de la radiación solar sobre los óxidos de nitrógeno, es, junto con otros oxidantes fotoquímicos y los citados óxidos de nitrógeno, uno de los agentes presentes en el smog fotoquímico. 2. FALSA. El smog fotoquímico o smog seco está constituido por óxidos de nitrógeno, ozono y oxidantes fotoquímicos, pero en su composición no intervienen el SO2 ni la humedad. 3. CIERTA. El ozono en la estratosfera es deseable, en cambio en la tropos- fera es un contaminante, pues genera multitud de efectos no deseados. 4. CIERTA. Los oxidantes fotoquímicos, compuestos formados por reacción entre hidrocarburos y radicales libres presentes en la atmósfera, son con- taminantes secundarios que contribuyen al smog fotoquímico. Respuesta D 2.5. 1. FALSA. El contenido de nitrógeno en los combustibles tiene poca signifi- cación, ya que la mayor cantidad de NOx se genera por reacción entre el oxígeno y el nitrógeno del aire a las elevadas temperaturas frecuentes en las combustiones 2. FALSA. En el efecto invernadero intervienen además del CO2 , los CFCs, el CH4 y el vapor de H2O entre otros. 3. FALSA. Sólo alcanzan con facilidad la estratosfera los gases muy estables, que son casi inertes químicamente y volátiles. La mayoría de los conta- minantes sufren transformaciones fotoquímicas o deposición antes de alcanzar la misma. 4. FALSA. En la troposfera no es deseable, ya que es un contaminante, por el contrario en la estratosfera de lo que se trata es de que no disminuya la capa de ozono, ya que absorbe la mayor parte de la radiación UV solar. Respuesta A 2.6. 1. CIERTA. Los hidrocarburos en la troposfera contribuyen a la alteración del ciclo fotoquímico de los óxidos de nitrógeno, pues se establece una competencia por el átomo de oxígeno generado en el mismo entre el oxí- geno molecular y los hidrocarburos. 2. CIERTA. Las emisiones de SOx y NOx se transforman en los correspon- dientes ácidos fuertes H2SO4 y HNO3 y retornan a la tierra en forma de la denominada «lluvia ácida». 86 Respuestas a las cuestiones tipo test © ITES-Paraninfo
  • 14. 3. FALSA. Se denominan contaminantes secundarios a los que no son emiti- dos de forma directa a la atmósfera, sino que se generan en la misma a partir de los primarios y especies presentes en la misma. 4. CIERTA. La lluvia ácida se genera, en parte, a causa del contenido de S en los combustibles y, en general, la cantidad de este elemento presente en los carbones es mucho mayor que en los gases naturales. Sin embargo, tanto el carbón como el gas natural contienen carbono, por lo que su combustión origina CO2, gas que contribuye al efecto invernadero. Respuesta C 2.7. 1. FALSA. Simplemente por la modificación de la proporción aire/combusti- ble no se consigue eliminar a la vez CO, HC y NOX. La formación de NOX sigue una evolución distinta a la de CO y HC con dicha modificación. 2. CIERTA. La tasa de eliminación del CO por absorción del suelo es muy importante, hasta 100 mg/hora-m2 de suelo. 3. CIERTA. La mayor proporción de partículas presentes en la atmósfera procede de fuentes naturales: fuegos, erupciones volcánicas, meteoritos y sobre todo de sal marina. 4. CIERTA. Los CFCs son casi inertes químicamente y volátiles, por lo que se pueden difundir hasta la estratosfera, aumentando su concentración en esta zona de la atmósfera. Respuesta D 2.8. 1. FALSA. Los efectos sobre la salud ocasionados por las partículas en sus- pensión dependerán de su mayor o menor toxicidad, pero también están regidos por su tamaño, ya que de él depende la mayor o menor penetra- bilidad en el aparato respiratorio. 2. FALSA. La lluvia ácida está provocada por la emisión de gases, tales como SOx, NOx, HCl, ... a la atmósfera capaces de rebajar el pH del agua de llu- via. El mal de la piedra está causado por la menor resistencia de la mis- ma a esta lluvia ácida y por la transformación de los carbonatos de la pie- dra caliza en sulfatos. El CO y los hidrocarburos no contribuyen a ninguno de los dos efectos señalados. 3. CIERTA. Los CFCs son compuestos muy estables que en la troposfera con- tribuyen al efecto invernadero por su absorción de radiación IR y en la estratosfera originan radicales libres que reaccionan con el ozono, destru- yendo parte del mismo. 4. CIERTA. El caucho, que tiene dobles enlaces en sus cadenas poliméricas, sufre el ataque de los oxidantes fotoquímicos, empeorando sus propieda- des elastoméricas. Respuesta D 2.9. 1. FALSA. Los contaminantes primarios presentes en la atmósfera se emi- ten, a escala global, fundamentalmente por causas naturales. Sólo en con- centraciones urbanas o industriales, el origen antropogénico puede ser mayoritario. 87 © ITES-Paraninfo Respuestas a las cuestiones tipo test
  • 15. 2. CIERTA. La concentración de muchas de las especies químicas implica- das en las reacciones fotoquímicas causantes del smog seco aumenta a primeras horas del día, cuando se incrementa el tráfico, por lo que la tasa de reacción de las mismas con las radiaciones incidentes va variando a lo largo del día y, consecuentemente, lo hace también la concentración de las especies presentes en la atmósfera urbana. 3. CIERTA. Es frecuente que cuando las condiciones climáticas son secas y luminosas se presenten fenómenos de inversión térmica que impiden la dispersión vertical de los contaminantes, por lo que su concentración aumenta, generándose episodios de smog importantes. Además, el aumen- to de la intensidad de la radiación solar favorece los procesos fotoquímicos. 4. CIERTA. Las partículas emitidas a la atmósfera retornan a la tierra por dos mecanismos: impacto, lo que implica su deposición seca, o arrastre por el agua de lluvia o nieve, deposición húmeda. Respuesta A 2.10. 1. FALSA. El N2O no es tóxico, ni interviene en procesos fotoquímicos y sí en el efecto invernadero; en cambio, el NO y el NO2 son tóxicos e intervienen en procesos fotoquímicos. 2. CIERTA. Los NOx y CFCs presentes en la estratosfera reaccionan con el O3 transformándolo en oxígeno molecular, con lo que aumenta la tasa de destrucción de esta especie, disminuyendo su concentración 3. CIERTA. La mayor proporción aire/combustible induce una mejor com- bustión del carbono, disminuyendo la generación de CO al incrementar- se la combustión hasta CO2. Sin embargo, dentro de ciertos valores, pue- de ocasionar una mayor tasa de formación de óxidos de nitrógeno. 4. CIERTA. Los CFCs son poco reactivos en las condiciones atmosféricas rei- nantes en la troposfera, por lo que tienen un largo período de permanen- cia en la misma, lo que permite que puedan llegar a difundirse hasta la estratosfera. Respuesta D 2.11. 1. FALSA. La reducción catalítica es una de las posibilidades de eliminación de óxidos de nitrógeno, pero existen otras que implican, principalmente, actuaciones sobre las condiciones de combustión (combustión por etapas o modificaciones del proceso de combustión). 2. CIERTA. Las partículas pueden ser cargadas eléctricamente e inducir pos- teriormente su migración a placas colectoras de signo opuesto. Este méto- do se basa en el fenómeno de electroforesis característico de las dispersio- nes coloidales. 3. CIERTA. El agua empleada en el lavado de gases contaminados con SOx, arrastrará sales en cantidades elevadas o adquirirá un pH inadecuado, por lo que habrá que tratarla como agua residual. 4. CIERTA. Muchos de los métodos de eliminación de los óxidos de azufre están basados en su tratamiento con derivados de calcio que los convier- ten en especies insolubles (CaSO4 y CaSO3), por ejemplo. Respuesta B 88 Respuestas a las cuestiones tipo test © ITES-Paraninfo
  • 16. 2.12. 1. CIERTA. Cualquiera de los métodos indicados puede ser utilizado para la eliminación de partículas en los gases, si bien en cada caso habrá de esco- gerse el más adecuado en función del tamaño de partícula a eliminar y de las eficiencias a conseguir. 2. CIERTA. Para la reducción de los NOx, puede utilizarse la combustión en dos etapas; en la primera se trabaja a temperatura elevada con relación aire/combustible inferior a la estequiométrica, lo que dificulta la oxida- ción del nitrógeno, y en la segunda, se completa la reacción a temperatu- ra relativamente baja. 3. FALSA. Los óxidos de azufre se presentan en estado gaseoso, por lo que no pueden ser retenidos en los ciclones, ni en los electrofiltros. 4. CIERTA. En el transporte, la contaminación que se origina se debe prin- cipalmente a estas tres especies químicas, fruto todas ellas de las condi- ciones del proceso de combustión, por lo que deben ser reducidas sus emisiones. Respuesta C 2.13. 1. CIERTA. Los métodos húmedos de eliminación de óxidos de azufre en los focos de combustión estacionaria, implican el lavado de los gases con álcalis, entre los que es frecuente utilizar suspensiones de Ca(OH)2. 2. CIERTA. La vía oxidante se emplea para reducir las emisiones de monó- xido de carbono e hidrocarburos, oxidándolos hasta dióxido de carbono, mientras que la vía reductora implica la reducción de los NOX a N2. 3. FALSA. Las cámaras de sedimentación son un buen método para la eli- minación de partículas de mayor tamaño. 4. CIERTA. Esta especie es una de las que contribuyen al efecto invernadero ya que origina importantes absorciones en la zona del infrarrojo. Respuesta B 2.14. 1. FALSA. Los valores correspondientes a una y a otra suelen ser totalmente distintos. Los valores de emisión, mucho más elevados, corresponden a la concentración de contaminantes a la salida del foco emisor, mientras que los valores de inmisión son consecuencia no sólo de las emisiones, sino también de los fenómenos de mezcla, transporte, reacción, deposición, etc. 2. CIERTA. La dispersión vertical de contaminantes viene regida por el gra- diente vertical de temperaturas. Lo normal es que con la altitud ésta vaya disminuyendo, lo que permite el movimiento vertical de los mismos hacia zonas más frías, sin embargo, es relativamente frecuente la pre- sencia de fenómenos de inversión térmica, con lo cual esta dispersión se ve impedida. 3. CIERTA. A medida que aumenta la altitud, la atmósfera disminuye en temperatura hasta la estratosfera, siempre que no se produzca algún fenómeno que dé lugar a una inversión térmica. 4. CIERTA. La dispersión horizontal de contaminantes viene regida por el régimen de vientos, que determina la dirección y velocidad de la misma. Respuesta C 89 © ITES-Paraninfo Respuestas a las cuestiones tipo test
  • 17. 2.15. 1. FALSA. En la troposfera las reacciones fotoquímicas se producen funda- mentalmente por vía radicalaria. 2. FALSA. En la atmósfera, la variación de los valores de la temperatura es variable. Mientras que en la troposfera y en la mesosfera disminuye con la altitud, en la estratosfera y en la termosfera aumenta. 3. FALSA. En la troposfera, la mayor parte del oxígeno se encuentra como oxígeno molecular, pero en otras regiones más externas de la atmósfera es mayor el porcentaje de oxígeno atómico. 4. CIERTA. Las reacciones de fotoionización que tienen lugar en esta zona, como consecuencia de la acción de las radiaciones UV procedentes del sol sobre especies presentes en la misma, ocasionan la aparición de iones y electrones libres. Respuesta C 2.16. 1. FALSA. Una zona con valores de inmisión próximos a los valores guía establecidos en la legislación, es una zona con una buena calidad de ambiente atmosférico. Precisamente los valores guía tienen la considera- ción de objetivos a conseguir. 2. CIERTA. Con frecuencia se establecen valores máximos relativamente elevados para períodos de tiempo cortos, y otros, más bajos pero defini- dos, para períodos de tiempo más dilatados. 3. CIERTA. Los factores de emisión son de gran utilidad para hacer un cál- culo aproximado de los contaminantes que va a emitir una determinada actividad, cuando no se dispone de medidas o la actividad no está aún en funcionamiento. 4. CIERTA. La Ley 38/1995 de 12 de diciembre establece el Derecho de Acce- so a la Información en materia de medio ambiente. Respuesta A 2.17. 1. FALSA. Las principales fuentes de emisión a la atmósfera de metano son la distribución de combustibles, el tratamiento de residuos, las activida- des agrícolas y la naturaleza, mientras que las principales fuentes de com- puestos orgánicos volátiles no metánicos son, además de la naturaleza, el uso de solventes y el transporte por carretera. 2. CIERTA. El tamaño de las partículas es determinante para su actuación sobre el aparato respiratorio, por lo que actualmente se está imponien- do el determinar por separado las estimaciones de las denominadas PM10 o PM15 y las PM2,5. Incluso la legislación parece ser que irá en este sentido. 3. FALSA. En el smog húmedo es importante la presencia de agua, mientras que en el seco apenas hay, pero los compuestos que dan nombre a estos efectos son muy distintos en uno y otro caso. Los responsables del smog húmedo son, fundamentalmente, ácido sulfúrico y derivados, ácido nítri- co y derivados y otras partículas, mientras que del seco son responsables los óxidos de nitrógeno y los oxidantes fotoquímicos. 4. CIERTA. Los óxidos de nitrógeno se forman, principalmente, por reac- ción entre el oxígeno y el nitrógeno del aire. Una combustión sólo con oxí- 90 Respuestas a las cuestiones tipo test © ITES-Paraninfo
  • 18. geno como agente comburente únicamente produciría óxidos de nitróge- no provenientes del nitrógeno del combustible. Respuesta D 2.18. 1. FALSA. Los métodos de absorción se basan en la retención sobre un absorbente húmedo; son los métodos de adsorción los que se basan en la retención sobre soportes sólidos. 2. CIERTA. Existen diferentes métodos de minimización de emisiones de monóxido de carbono e hidrocarburos, basados, todos ellos, en introdu- cir modificaciones conducentes a completar la combustión y conseguir así la conversión de estos agentes en dióxido de carbono. Entre estos métodos podemos citar los denominados de incineración por llama direc- ta, de incineración térmica y de incineración catalítica. 3. FALSA. Existen métodos de desnitrificación de gases por vía seca, pero son métodos aplicables a gases exentos de dióxido de azufre y partículas. 4. CIERTA. Dado que los métodos de adsorción se basan en la retención del gas a eliminar sobre la superficie del sólido empleado como adsorbente, las mayores eficacias se logran con grandes superficies específicas. La porosidad también es importante, porque influye en la posibilidad de penetración y consiguiente adsorción del contaminante en el soporte adsorbedor. Respuesta B 91 © ITES-Paraninfo Respuestas a las cuestiones tipo test
  • 19. RESPUESTAS A OTRAS CUESTIONES TEÓRICAS 2.19. a) Son reacciones que se producen por absorción de las radiaciones más energéticas del UV (l< 100 nm) produciendo ionización de gases como el nitrógeno, hidrógeno, oxígeno, monóxido de nitrógeno, ... que se trans- forman en los correspondientes iones positivos, liberándose electrones. b) Es la concentración de contaminantes presente en el seno de una atmós- fera determinada, lejos de un foco de emisión, siendo estos valores a los que están expuestos los seres vivos y los materiales inmersos en la misma. c) Son aquellos que se emiten de forma directa a la atmósfera. Se agrupan en función de su naturaleza química, excepto en el caso de las partículas. Los contaminantes primarios evolucionan posteriormente, originando en ocasiones sustancias de naturaleza distinta, denominadas contaminantes secundarios. Los contaminantes primarios mayoritarios son: — Monóxido de carbono (CO) — Óxidos de nitrógeno (NOx) — Óxidos de azufre (SOx) — Hidrocarburos (HC) y/o COVs — Partículas d) Se engloba bajo el nombre de partículas el conjunto de diminutas espe- cies sólidas y pequeñas gotas de líquido que se hallan presentes en el aire y que constituyen en muchas ocasiones graves problemas de contamina- ción. e) Son reacciones que se producen por absorción de radiaciones energéticas del UV (l comprendida entre 100 y 380 nm) que disocian, fundamental- mente, especies moleculares oxigenadas y nitrogenadas como el O2, O3, N2, NO, N2O, NO2, H2O, ... en otras especies sin carga eléctrica. f) Es la concentración de un contaminante medida en el foco de emisión. 2.20. La atmósfera que rodea a la Tierra está dividida en cinco regiones o capas: TROPOSFERA: Es la región en contacto con la superficie terrestre. Tiene un espesor medio de 12 km. ESTRATOSFERA: Es la región que se extiende hasta una altura de unos 50 km. MESOSFERA: Se extiende hasta unos 80-100 km de altura. TERMOSFERA o IONOSFERA: Su límite superior de altura no está defini- do. Se extiende entre la mesosfera y la exosfera. EXOSFERA o MAGNETOSFERA: La base de la exosfera se encuentra entre unos 500-750 km. Por encima de los 2.000 km recibe el nombre de magne- tosfera. El papel jugado por las regiones altas de la atmósfera —mesosfera y termos- fera— es determinante para impedir que lleguen las radiaciones más energé- ticas de la radiación solar a la superficie terrestre. Los fenómenos de fotoio- nización y fotodisociación que se producen, permiten la absorción de las radiaciones más energéticas del UV lejano. 92 Respuestas a otras cuestiones teóricas © ITES-Paraninfo
  • 20. También tiene una importancia decisiva la región de la estratosfera donde se produce fundamentalmente la absorción por el ozono de radiaciones, tam- bién del UV, con longitudes de onda comprendidas entre 240 y 300 nm. 2.21. En el balance energético global del sistema Tierra-atmósfera hay que tener en cuenta no sólo la cantidad de radiaciones recibidas o emitidas por la Tierra, sino también la longitud de onda de las mismas. Las radiaciones que, proce- dentes del sol llegan a la Tierra, pertenecen fundamentalmente a la zona del visible e infrarrojo próximo, por ser la atmósfera transparente a las mismas. Sin embargo, la radiación que durante las horas nocturnas la Tierra remite al espacio, está comprendida, prácticamente en su totalidad, en la zona del infra- rrojo lejano, siendo una radiación de naturaleza fundamentalmente calorífica. Algunos de los componentes naturales de la atmósfera (dióxido de carbono, vapor de agua, monóxido de dinitrógeno, metano) y otras especies, esencial- mente de origen antropogénico, existentes en el seno de la misma (CFCs, HCFCs, ozono troposférico), experimentan grandes absorciones en la zona del infrarrojo. Por ello la radiación emitida por la superficie terrestre en las horas nocturnas queda retenida en la atmósfera en contacto con la Tierra y sólo una parte de la misma puede escapar al espacio exterior. Este desequili- brio del balance energético origina un calentamiento de la atmósfera cono- cido como efecto invernadero. El aumento de la concentración de los componentes naturales de la atmósfe- ra causantes de efecto invernadero y de los contaminantes antropogénicos, responsables también del mismo, se ha visto incrementada por las siguientes acciones: — Aumento de consumo de carburantes fósiles, lo que implica unas mayo- res emisiones de CO2. — Deforestación, lo que supone una menor actividad fotosintética y por tan- to una menor reducción del CO2 atmosférico. — Incendios forestales, con aumento de las cantidades de CO2 y CH4. — Actividades industriales, entre las que puede destacarse la producción de cemento, originando emisiones de CO2 al descomponer la piedra caliza (CaCO3). — Desgasificación del carbón y fugas, tanto en minas como en distribución del gas, lo que implica aumento del CH4. — Incremento de agricultura intensiva, con aumento de emisiones de N2O. — Empleo de los CFCs como productos industriales. — Actividades contaminantes que implican aumento del ozono troposférico y otros componentes del «smog fotoquímico». — Aumento de residuos productores de metano por descomposición anaerobia. 2.22. Se denomina «smog fotoquímico o seco» a la atmósfera predominantemen- te oxidante que se origina con frecuencia en los núcleos urbanos, como con- secuencia de los contaminantes primarios emitidos y la posterior evolución de los mismos a contaminantes secundarios de naturaleza química altamen- te oxidante. Los contaminantes primarios causantes del smog fotoquímico son los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos. En presencia de radiación solar, los hidro- 93 © ITES-Paraninfo Respuestas a otras cuestiones teóricas
  • 21. carburos alteran el ciclo fotolítico de los óxidos de nitrógeno y causan la apa- rición, a través de reacciones de tipo radicalario, de numerosas especies: ozono, aldehídos, nitratos de peroxiacilo, nitratos de peroxibenzoílo, ... todas ellas tóxicas y de gran poder oxidante. La neblina que ocasiona el conjunto de todas estas especies recibe el nombre de smog fotoquímico o seco. La baja dispersión de estos contaminantes y el mantenimiento de unas condiciones atmosféricas con elevada radiación solar favorecen el proceso. Los principales efectos ocasionados por este problema ambiental son de naturaleza sanitaria, daños en el aparato respiratorio, ojos, dolores de cabe- za...; daños ambientales impidiendo el crecimiento normal de las plantas y daños en los materiales, especialmente en algunos de naturaleza polimérica, por las reacciones de oxidación que ocasionan. 2.23. (1) primarios (2) secundarios (3) monóxido de carbono (4) óxidos de nitrógeno (5) hidrocarburos (6) partículas (7) smog fotoquímico (8) solar (9) oxidantes fotoquímicos (10) ozono (11) aldehídos (12) peroxiacilo y peroxibenzoílo (13) óxidos de azufre (14) smog húmedo (15) lluvia ácida (16) troposfera (17) sulfúrico y nítrico (18) la acidez (19) mal de la piedra (20) sulfato de calcio 2.24. (1) dióxido de carbono (2) efecto invernadero antropogénico (3) óxidos de azufre (4) óxidos de nitrógeno (5) lluvia ácida (6) oxígeno (7) nitrógeno (8) temperatura (9) partículas (10) tamaño (11) azufre (12) cal / carbonato de calcio (13) sulfato / sulfito de calcio (14) aguas residuales (15) electrofiltros (16) coste 2.25. (1) longitudes de onda (2) energético (3) absorción (4) reflexión (5) termosfera (6) mesosfera (7) estratosfera (8) fotoionización (9) fotodisociación (10) troposfera (11) infrarrojo (12) naturales (13) dióxido de carbono (14) vapor de agua (15) CFCs (16) ozono (17) deforestación (18) combustibles hidrocarbonados (19) residuos (20) efecto invernadero (21) calentamiento 94 Respuestas a otras cuestiones teóricas © ITES-Paraninfo
  • 22. 2.26. a) La radiación más energética (UV lejano) es absorbida por los procesos de fotoionización y fotodisociación en las regiones altas de la atmósfera. La radiación ultravioleta menos energética (UV cercano) es absorbida por el ozono estratosférico. La radiación infrarroja es absorbida en una gran parte por la acción con- junta del vapor de agua, dióxido de carbono y ozono naturales. La radiación de la zona del visible y parte del infrarrojo próximo llega a la Tierra por ser la atmósfera transparente a las mismas. b) Los contaminantes primarios mayoritarios son: — Monóxido de carbono (CO) — Óxidos de nitrógeno (NOx) — Óxidos de azufre (SOx) — Hidrocarburos (HC) y/o Compuestos orgánicos volátiles (COVs) — Partículas Los procesos que los ocasionan son: CO: Combustión incompleta de combustibles hidrocarbonados: HC + O2 Æ CO. Reacción entre el CO2 y el C del combustible no quemado. Disociación del CO2 a altas temperaturas. NOx : Combustión a elevada temperatura de los componentes mayoritarios del aire usado como agente comburente: N2 + O2 Æ NOx SOx : Combustión de cualquier sustancia, especialmente combusti- bles, que contienen azufre: S + O2 Æ SOx HC/COVs: Liberación por combustión incompleta de los mismos. Partículas: Emisión de partículas de carbono por combustión incomple- ta del combustible y de otros componentes no incinerables de los combustibles. Pérdidas de partículas en determinados procesos industriales, como los llevados a cabo en cementeras, explotaciones de pie- dra, minería, siderurgia, ... c) La presión atmosférica disminuye de forma progresiva con la altura, de forma que al comienzo de la estratosfera es del orden de 10-1 veces la pre- sión al nivel del mar y alcanzándose valores inferiores a 10-5 veces la pre- sión a nivel del mar a alturas en torno a 80 km. Sin embargo, la temperatura no experimenta una variación regular, en la troposfera disminuye de forma progresiva con la altura, siendo el gra- diente adiabático 1°C por cada 100 m; en la estratosfera la tendencia se invierte y la temperatura aumenta con la altura; en la mesosfera vuelve a producirse una disminución progresiva al incrementarse la altura y en la termosfera se altera de nuevo la tendencia, produciéndose un aumento progresivo. d) Se denominan contaminantes secundarios aquellos que no se emiten de forma directa a la atmósfera, sino que se forman en el seno de la misma como consecuencia de reacciones entre los contaminantes primarios 95 © ITES-Paraninfo Respuestas a otras cuestiones teóricas
  • 23. emitidos directamente y otras especies existentes en la atmósfera. En la formación de estas especies secundarias tiene gran importancia la exis- tencia en el seno de la atmósfera de radiaciones capaces de originar pro- cesos fotoquímicos y la presencia de especies muy reactivas, como los radicales libres. 2.27. a) Para eliminar contaminantes gaseosos que van a ser emitidos a la atmós- fera se emplean métodos basados en procesos de absorción producidos por agua o disoluciones adecuadas o técnicas basadas en la adsorción sobre soportes sólidos adecuados de los agentes a eliminar. b) En los transportes se puede abordar el problema de los NOx, tratando de minimizar su producción mediante: • La mejora de la reacción de combustión, controlando la proporción aire/combustible. Se considera óptima para lograr una mínima pro- ducción, sin tener problemas técnicos de otro tipo, la denominada pro- porción estequiométrica. • Empleo de reactores de escape térmicos, basados en una combustión en dos etapas en las que se controla la temperatura y la cantidad de aire a aportar. • Empleo de reactores de escape catalíticos, que recurren a catalizadores de tipo reductor para reducir los óxidos de nitrógeno a nitrógeno molecular. En los focos de combustión estacionaria puede optarse por minimizar la producción de los óxidos de nitrógeno o desnitrificar los gases una vez generados los contaminantes indicados: • Minimización de la producción: se recurre a la mejora de la combus- tión, lo que implica controlar la temperatura y las proporciones aire/combustible, de forma que la producción de óxidos de nitrógeno sea mínima. Las soluciones técnicas a aplicar para lograr esta mejora pueden ser varias: combustión por etapas, recirculación de gases de combustión, precalentamiento de aire, ... • Desnitrificación de los gases: se emplean técnicas de vía húmeda (absorción por agentes tales como acetato de sodio, EDTA, soluciones alcalinas), o técnicas de vía seca recurriendo a reducciones catalíticas selectivas o no, o a métodos de irradiación con haces de electrones. c) Para la eliminación de partículas de los focos de combustión estacionaria y de la industria y dependiendo del tamaño de las mismas puede optarse por diferentes métodos, entre los que cabe citar: • Colectores secos: cámaras de sedimentación por gravedad y ciclones fundamentalmente. • Colectores húmedos: lavadores de cámara, lavadores ciclónicos, lava- dores por inercia y otros. • Filtros de tela, filtros de mangas y precipitadores electrostáticos. 2.28. a) Los óxidos de azufre generan por sí mismos efectos indeseados que afec- tan fundamentalmente al aparato respiratorio de los seres vivos, pero los 96 Respuestas a otras cuestiones teóricas © ITES-Paraninfo
  • 24. efectos más notables de estos óxidos son los derivados de su conversión en ácido sulfúrico, principal componente de la lluvia ácida. Esta lluvia ácida ocasiona graves problemas, tanto en los ecosistemas como en los materiales. Así, podríamos citar entre otras consecuencias: muerte y alte- raciones de crecimiento en las plantas; acidificación de aguas con las con- siguientes consecuencias sobre la vida acuática; alteración de los equili- brios del suelo con movilización de metales y alteraciones en su composición; aceleración de los procesos de corrosión de materiales metálicos, ... b) El dióxido de carbono, aunque no es un compuesto tóxico, preocupa actualmente por su contribución al denominado «efecto invernadero antropogénico». Esta contribución se debe a su capacidad de absorber radiación de la zona de infrarrojo, con lo que el incremento de la con- centración de este agente en la troposfera ocasiona un aumento de reten- ción de radiaciones de este tipo, emitidas por la superficie terrestre en las horas nocturnas, y el consiguiente aumento de temperatura de la atmósfera. c) Las diferencias entre N2O, NO y NO2 podrían resumirse de la siguiente forma: N2O, es un compuesto no tóxico y que no interviene en reacciones foto- químicas. La principal fuente de emisión es la naturaleza y contribuye de forma importante al efecto invernadero. NO y NO2 son compuestos tóxicos e intervienen en reacciones fotoquími- cas. Las principales fuentes de emisión son antropogénicas, contribuyen de forma importante a la lluvia ácida y a la formación del smog fotoquí- mico y aquellos óxidos que llegan o se emiten de forma directa a la estra- tosfera catalizan la disminución del ozono estratosférico. 2.29. Las palabras de la columna izquierda se relacionan con las de la derecha de la siguiente forma: Óxidos de azufre - Lluvia ácida (1 - C): Los óxidos de azufre son los principales causantes de la lluvia ácida, al evo- lucionar en la atmósfera hasta ácido sulfúrico. Partículas - Electrofiltro (2 - F): Los electrofiltros son uno de los métodos más eficaces para la remoción de partículas de una corriente gaseosa, dado que se obtienen resultados muy altos para partículas de un variado tamaño de diámetro. Ozono troposférico - Smog fotoquímico (3 - E): El ozono, compuesto de elevado poder oxidante, que se forma en la tropos- fera como consecuencia del ciclo fotolítico de los óxidos de nitrógeno, es un contaminante secundario que contribuye de forma importante al fenómeno conocido bajo la denominación de «smog» o niebla fotoquímica. Adsorción - Métodos secos de depuración (4 - G): Muchos de los métodos secos que se emplean para la depuración de corrien- tes gaseosas se basan en fenómenos de adsorción, en los que se utilizan 97 © ITES-Paraninfo Respuestas a otras cuestiones teóricas
  • 25. soportes sólidos de diferente naturaleza para adsorber, y así eliminar, los contaminantes. Metano - Efecto invernadero (5 - D): Aunque se acepta que el principal agente causante del efecto invernadero es el dióxido de carbono, también contribuyen al mismo otros compuestos, entre los que se encuentra el metano, pues también este compuesto tiene una fuerte absorción en la zona del infrarrojo. Mesosfera - Fotoionización (6 - A): En la mesosfera, una de las capas altas de la atmósfera, la acción de la radia- ción ultravioleta de baja longitud de onda procedente del sol, provoca reaccio- nes de fotoionización de los gases presentes en la misma. Gracias a estas reac- ciones se detienen dichas radiaciones y se impide su llegada a la superficie terrestre. Inversión Térmica - Movimiento vertical contaminantes (7 - B): Los contaminantes emitidos a la atmósfera se ven sometidos a un movi- miento vertical en el seno de la misma, movimiento que es posible siempre que la temperatura del aire descienda con la altura. Cuando el gradiente de temperaturas es positivo, fenómeno que se conoce con el nombre de inversión térmica, se ve impedido el movimiento vertical de las masas de aire. 2.30. a) El ozono troposférico es un contaminante atmosférico, mientras que el ozono estratosférico es totalmente necesario para la vida en la Tierra, por- que absorbe la radiación solar de la región del ultravioleta cercana a la visible. Es cierto que el ozono troposférico se considera contaminante porque es tóxico a ciertos niveles de concentración e induce procesos de oxida- ción totalmente indeseables, mientras que el estratosférico es necesario porque es capaz de absorber las radiaciones ultravioletas —y no del infrarrojo— más próximas a la zona del visible y que no habían sido retenidas en la mesosfera y termosfera por los procesos de fotoioniza- ción y fotodisociación. b) Los procesos de fotoionización y fotodisociación precisan mucha ener- gía, por lo que se originan con radiaciones de baja longitud de onda. Estos tipos de procesos son altamente energéticos, por lo que sólo pueden provocarlos radiaciones de elevado contenido energético y éste es inver- samente proporcional a la longitud de onda, por lo que tendrán alta ener- gía las radiaciones de longitud de onda corta. c) Los fenómenos de inversión térmica impiden la dispersión vertical de los contaminantes. El movimiento vertical de las masas de aire viene regido por el gradiente de temperaturas, mientras que el movimiento horizontal está determina- do por el régimen de vientos. d) La generación de oxidantes fotoquímicos es relativamente rápida, por lo que la atmósfera de un núcleo urbano tiene distinta composición durante las horas diurnas. 98 Respuestas a otras cuestiones teóricas © ITES-Paraninfo
  • 26. Los oxidantes fotoquímicos se originan por acción de la radiación solar, que genera la interacción de los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos, de forma relativamente rápida, por lo que la composición de la atmósfe- ra de los núcleos urbanos varía a lo largo del día. A primeras horas las concentraciones de NO e hidrocarburos son importantes, mientras que hacia mediodía las concentraciones de estas especies han disminuido y han aumentado las de oxidantes fotoquímicos y NO2. 2.31. El ozono estratosférico absorbe las radiaciones UV de longitudes de onda comprendidas entre 200-310 nm, experimentando el siguiente ciclo de reac- ciones: O2(g) + hn Æ 2 O(g) O(g) + O2(g) + M(g) Æ O3(g) + M* (g) + calor (1) O3(g) + hn ( 200 < l < 310 nm) Æ O2(g) + O(g) (2) O(g) + O(g) + M(g) Æ O2(g) + M* (g) + calor Cualquier factor que induzca un desequilibrio entre la tasa de ozono forma- do en el proceso (1) y el destruido en el proceso (2), alterará la concentración de ozono en la estratosfera. Existen dos tipos de especies químicas a las que se atribuye la capacidad de catalizar la reacción de destrucción del ozono (2), con la consiguiente altera- ción del ciclo y disminución de la concentración total de esta especie en la estratosfera. Son: — Óxidos de nitrógeno emitidos de forma directa en la estratosfera por acciones antropogénicas, tales como vuelos de aviones a gran altura y pruebas nucleares. Estos óxidos originarían el siguiente proceso: NO(g) + O3(g) Æ NO2(g) + O2(g) NO2(g) + O(g) Æ NO(g) + O2(g) Reacción global: O3(g) + O(g) Æ 2 O2(g) — CFCs y HCFCs, liberados a la troposfera, pero que a causa de su estabili- dad y capacidad de permanencia han alcanzado la estratosfera. Estos compuestos actuarían, sintetizando, de la siguiente forma: CFxCl4-x (g) + hn (190-225 nm) Æ CFxCl3-x (g) + Cl (g) Cl(g) + O3(g) Æ ClO(g) + O2 (g) ClO(g) + O(g) Æ Cl(g) + O2 (g) Reacción global: O3(g) + O(g) Æ 2 O2(g) La disminución de la capa de ozono puede tener dos consecuencias impor- tantes sobre el clima: por un lado la llegada a la superficie terrestre de mayor radiación UV al no ser retenida, y por otro el calentamiento originado indi- rectamente a causa de esta mayor absorción de radiación por la superficie terrestre en las horas diurnas y la consiguiente mayor emisión de radiación infrarroja en las nocturnas. 99 © ITES-Paraninfo Respuestas a otras cuestiones teóricas
  • 27. 2.32. 2.33. Una primera posibilidad a valorar sería la del cambio de combustible por otro con menor contenido en azufre, lo que ocasionaría la consiguiente disminución de SO2 y quizá también cierta disminución en la emisión de partículas. Si no se opta por este método preventivo será preciso recurrir a alguna técnica adecua- da para eliminar ambos tipos de especies una vez generados. Para el SO2 podría optarse por un procedimiento seco o húmedo. Los secos consistirían en esencia en la adición de caliza al horno de combustión, los húmedos en el tratamiento de los gases con soluciones de tipo alcalino. La decisión para la adopción del más idóneo vendría influenciada por numerosos factores: cantidad de SO2 a eliminar, posible generación de aguas residuales, problemas de incrustaciones en la caldera de combustión, ... Para las partículas podría optarse por colectores secos, colectores húmedos o filtros. También en este caso la decisión vendría condicionada por numerosos factores: tamaño y naturaleza de las partículas a eliminar, caudal de gases a tratar, eficiencia a obtener, humedad, temperatura y presión del gas a tratar, ... 2.34. En la troposfera, la temperatura del aire disminuye con la altitud; el gra- diente térmico vertical considerado como normal es de –1°C/100 m (la tem- peratura disminuye 1°C por cada 100 m de altitud), situación que recibe el nombre de condiciones adiabáticas. Con el término de condiciones supe- radiabáticas se designa a los gradientes superiores (en valor absoluto) al valor normal (por ejemplo, -2°C/100 m) y con el de condiciones subadiabá- ticas a los gradientes inferiores (en valor absoluto) al normal (por ejemplo, -0,5°C/100 m). La situación que más favorece la dispersión de los contaminantes atmosféri- cos es la situación correspondiente a las condiciones superadiabáticas: la 100 Respuestas a otras cuestiones teóricas © ITES-Paraninfo Sustancia Smog Lluvia Efecto Deterioro capa Fuente/s Emitida seco ácida invernadero de ozono principal/es CO NO NO NO NO Transporte CO2 NO NO SÍ NO Transporte, Combustiones estacionarias y de otro tipo, Industria NOX SÍ SÍ NO SÍ Transporte y Combustión estacionaria HC SÍ NO Algunos NO Transporte, Industria, Agricultura CFCs NO NO SÍ SÍ Industria SOx NO SÍ NO NO Combustión estacionaria, Industria, Transporte
  • 28. fuerza responsable de la dispersión vertical de los contaminantes atmosféri- cos, que posibilita que los contaminantes migren desde el nivel del suelo (don- de se generan) hasta capas más altas de la atmósfera, es la existencia de dicho gradiente vertical de temperaturas; cuanto mayor es dicho gradiente, mayor es la tendencia a la dispersión vertical de los contaminantes atmosféricos. 2.35. (1) partículas (2) adsorción (3) compuestos orgánicos/hidrocarburos (4) óxidos de nitrógeno (NOx) (5) óxidos de azufre (SOx) (6) 5 mm (7) ciclones (colectores de inercia) (8) scrubbers (lavadores húmedos) (9) filtros (10) precipitadores electrostáticos (11) catalizadores (12) monóxido de carbono (CO) (13) hidrocarburos (HC) (14) nitrógeno elemental (15) plomo (16) motor de combustión (17) eléctrica y solar (18) gas natural (19) alcoholes (20) biocombustibles 2.36. 101 © ITES-Paraninfo Respuestas a otras cuestiones teóricas Contaminante Principales fuentes Principales efectos sobre Principales métodos de emisión el medio ambiente de tratamiento SOx Combustión fuentes Lluvia ácida Neutralización con: fijas — caliza (método seco) — Ca(OH)2 (aq) (método húmedo) NOx Transporte Lluvia ácida Reducción hasta N2: Combustión fuentes Formación del «smog — catalizada fijas fotoquímico» (vehículos) — sin catalizar (focos combustión) CO Transporte Variable Oxidación hasta CO2 (catalítica o no) Hidrocarburos Transporte Formación del «smog» Oxidación hasta CO2 + H2O (catalítica o no) Partículas Industria Dificultan paso luz solar Filtros de tela (mangas) Toxicidad seres vivos Precipitadores electrostáticos Lavadores húmedos CFCs Aerosoles Disminución capa de ozono Reducción en origen Circuitos refrigeración Efecto invernadero CO2 Combustiones Efecto invernadero Reducción del uso de combustibles fósiles
  • 29. PROBLEMAS RESUELTOS 2.1. El monitor de una estación de control de la contaminación atmosférica da una concentración diaria promedio para el SO2 de 480 mg/m3 a 30ºC y 1 atm, ¿cuál será la concentración de SO2 en ppm? Solución: A través de la ecuación de estado de los gases ideales se calcula el volumen que ocupará la masa de contaminante, y puesto que ppm en volumen es cm3 contami- nante/m3 aire: 2.2. El gas emitido por la chimenea de una central térmica contiene, a 460ºC, diferentes concentraciones de SO2 según el carbón utilizado: a) 2.000 ppm y b) 1.200 ppm. Si la emisión de gas es de 25.000 m3 /min, ¿cuál será la emisión de SO2 expresada en g/s en cada uno de los casos? Dato: La presión de los gases a la salida de la chimenea es de 1,05 atmósferas. Solución: Si calculamos los litros de SO2 emitidos por segundo y los multiplicamos por los gramos de SO2 que contiene cada litro de este gas medido en las condiciones de pre- sión y temperatura indicadas, calcularemos las emisiones de SO2 en gramos por unidad de tiempo: a) Volumen SO2/unidad de tiempo = Concentración SO2 · (Volumen total gases/uni- dad de tiempo) 0,186 ppm SO2 Concentración SO cm SO m aire SO aire 2 3 2 3 2 ( ) , ppm cm m = = = 0 1861 3 3 P V n R T a M R T ; V a R T P M Volumen SO 1 SO 2 2 = = = = ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ = - - - 480 1 10 0 082 303 1 64 07 10 0 1861 6 1 1 1 3 3 3 m m g g g atm l K mol K atm g mol cm l cm , , , 102 Problemas resueltos © ITES-Paraninfo ▲ ▲
  • 30. b) En el segundo caso se procede exactamente igual, sólo cambian los litros de SO2 emitidos por segundo: 2.3. Se observa que la concentración diaria promedio para el monóxido de nitró- geno en una estación de monitoreo es de 40 mg/m3 a 25ºC y 750 mm de pre- sión, ¿cuál será la concentración de NO en ppm? Solución: A través de la ecuación de estado de los gases ideales se calcula el volumen que ocupará la masa de contaminante: P V n R T a M R T ; V a R T P M = = = 559,5 g SO s 2 Volumen SO / unidad de tiempo gas SO gas SO SO SO g SO / unidad de tiempo SO SO SO 2 2 2 2 2 2 2 2 2 = ¥ ¥ ¥ ¥ = ( ) = ¥ = 25 000 1 200 1 1 10 1 60 500 1 05 460 500 1 119 3 3 3 3 3 . . , , º , m min cm m l cm min s l s a atm C l s g l 932,5 g SO s 2 Volumen SO / unidad de tiempo gas SO gas SO SO SO P V n R T a M R T; a V P M R T g SO / unidad de volumen a V 2 2 2 2 2 2 = ¥ ¥ ¥ ¥ = ( ) = = = = = = ¥ - 25 000 2 000 1 1 10 1 60 833 3 1 05 460 1 05 64 07 0 082 3 3 3 3 3 1 . . , , , º , , , m min cm m l cm min s l s a atm C PM RT atm g mol atm l K- - - ¥ = = ( ) = ¥ = 1 1 733 1 119 1 05 460 833 3 1 119 mol K g l a atm C l s g l , , , º , , SO SO g SO / unidad de tiempo SO SO SO 2 2 2 2 2 2 103 © ITES-Paraninfo Problemas resueltos ▲
  • 31. 2.4. El monitor de una estación municipal de control de la contaminación da una concentración diaria promedio de ozono de 20 mg/m3 a 20ºC y 1 bar, ¿cuál será la concentración de ozono en ppb? Solución: A través de la ecuación de estado de los gases ideales se calcula el volumen que ocupará la masa de contaminante y puesto que ppb en volumen es mm3 contami- nante/m3 aire: 2.5. La concentración de monóxido de carbono en el humo de un cigarro alcan- za niveles de 450 ppm. Determine el porcentaje en volumen y la concentra- ción en mg/m3 a 20ºC y a 1,1 atm. Solución: Como se conoce la concentración de CO en ppm, y en aire 1 ppm = 1cm3 de con- taminante/m3 de aire, se puede calcular directamente el porcentaje en volumen de 10,14 ppb de O3 P V n R T a M R T; V a R T P M Volumen (O ) O g 10 1 mm de a 1 bar Concentración O O 3 3 6 3 3 3 = = = = ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ ◊ ¥ = ( ) = - - - 20 1 0 082 293 1 48 00 1 10 1 01325 10 1 10 10 14 20 10 14 1 1 1 5 5 6 3 3 3 m m g g atm l K mol K bar g mol bar Pa Pa atm mm l O C mm m , , , , º , , 3 3 aire = 0,033 ppm de NO Volumen (NO) 1 NO a (25 C, 750 mm) oncentración NO NO aire = ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ = ∞ = = - - - 40 1 10 0 082 298 750 30 01 10 760 1 0 033 0 033 6 1 1 1 3 3 3 3 3 m m g g g atm l K mol K mm g mol cm l mm atm cm C cm m , , , , 104 Problemas resueltos © ITES-Paraninfo ▲ ▲
  • 32. este contaminante. Posteriormente se calcula la concentración en mg/m3 aire utili- zando la ecuación de estado de los gases ideales: 2.6. El gas del tubo de escape de un camión contiene un 2,2% en volumen de monóxido de carbono, ¿cuál será la concentración de CO en mg/m3 a 30ºC y 1,02 atmósferas? Solución: Se calcula el volumen de CO en un m3 de gas de escape y, después, a través de la ecuación de estado de los gases ideales, se calcula la masa que ocupará el citado volumen: a (1,02 atm, 303 K) 2,53.10 mg CO m aire 4 3 P V n R T a M R T; a P M V R T Masa CO / m aire = a aire 10 3 3 = = = = ¥ ¥ ¥ ¥ = - - - - - 1 02 28 01 22 0 082 303 1 3 1 1 1 , , , atm g mol l m mg g atm l K mol K Volumen aire m m l m l m CO / m CO aire CO CO CO aire a (1,02 atm, 303 K) 3 = ¥ = 2 2 100 10 1 22 3 3 3 3 3 , 576 mg CO m aire 3 450 450 10 10 1 0 45 11 28 01 0 082 293 1 28 6 3 1 1 1 CO aire l CO CO CO aire a 1,1 , 293 P V n R T a M R T ; a P V M R T ; a V P M R T a V CO CO a 1,1 3 3 3 3 ppm m m m l m atm K atm g mol atm l K mol K g l atm ª ¥ = ( ) = = = = = ¥ ¥ = - - - , , , , , , , 293 de CO CO aire CO CO CO CO K Concentración l m g l mg g ( ) = ¥ ¥ = 0 45 1 28 10 3 3 , , % en volumen = 0,045% Porcentaje en volumen m m c CO aire m 10 cm 3 3 3 6 3 = ¥ ¥ = 450 1 1 100 105 © ITES-Paraninfo Problemas resueltos ▲
  • 33. 2.7. Se utiliza magnesita (carbonato de magnesio) para depurar el dióxido de azufre producido en una planta térmica en la que se emplea como combusti- ble carbón con un contenido de azufre del 3,0%. La eficiencia de la elimina- ción de SO2 debe ser del 90%, a fin de cumplir con los requisitos medioam- bientales impuestos. Calcule: a) Los kg de carbonato de magnesio estequiométricos que se necesitan por kg de azufre en el carbón. b) Los kg de magnesita necesarios por tonelada de carbón si se emplea un 20% de exceso de carbonato de magnesio y la riqueza de la magnesita en carbonato de magnesio es del 85%. Solución: a) Se calcula la cantidad de carbonato de magnesio teniendo en cuenta la este- quiometría de la reacción y sabiendo que cada mol de azufre origina un mol del dióxido correspondiente: b) Conociendo el contenido en azufre del carbón y teniendo en consideración la estequiometría del proceso, el porcentaje de reducción deseado, el exceso a emplear y la riqueza en carbonato de magnesio de la magnesita a emplear: 100,2 kg magnesita / t carbón ¥ ¥ ¥ ( ) ¥ ¥ ¥ ¥ = 1 1 90 100 120 100 84 32 1 100 85 1 103 mol mol total mol mol g mol g g kg g SO S mol SO eliminado mol SO MgCO SO eliminado MgCO MgCO magnesita MgCO magnesita magnesita 2 2 2 3 2 3 3 3 ( ) ( ) , Masa magnesita t t t g t mol g t carbón carbón S carbón S S S S / , , = ¥ ¥ ¥ ¥ 1 3 0 100 10 1 1 32 07 6 2,367 kg MgCO / kg S 3 S (Carbón) - - - -- SO MgCO SO O MgSO CO MgCO kg S S S S S S SO S SO eliminado SO total MgCO SO MgCO MgCO MgCO MgCO 2 3 2 2 4 2 2 2 2 3 2 3 3 3 3 Æ + + æ Æ æ + = ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ ( ) ( ) ¥ ¥ ¥ = 1 2 1 10 1 1 32 07 1 1 90 100 1 1 84 32 1 1 10 3 3 3 Masa de kg g kg mol g mol mol mol mol mol mol g mol kg g / , , 106 Problemas resueltos © ITES-Paraninfo ▲
  • 34. 2.8. Una fábrica de abonos fosfatados emite a la atmósfera una media de 3 Nm3 de gas por kg de abono producido. La concentración promedio en partículas sólidas del gas es del orden de 12 g/Nm3 . Calcule la cantidad de sólidos que se emitirían a la atmósfera diariamente, si la fábrica produce 50 t/día de abo- nos. ¿Qué cantidad de partículas tendrá que recuperarse diariamente, mediante los sistemas adecuados, si sólo se permite emitir 80 mg partículas sólidas/Nm3 ? Solución: Cantidad diaria de sólidos = Concentración sólidos (g/Nm3 ) · Caudal de gases (Nm3 /día) La cantidad de sólidos a recuperar será la diferencia entre los generados y los que está permitido emitir: Sólidos totales – Sólidos que se pueden emitir = Sólidos a recuperar 1.800 kg/día – 12 kg/día = 2.9. Una fábrica para el tratamiento de bauxita por vía húmeda, que trabaja en continuo y procesa 1.500 t /día, emite a la atmósfera 10 Nm3 de gas por tone- lada de bauxita tratada. Si la concentración en partículas de este gas es del orden de 30 g/Nm3 , y se desea disminuirla hasta 200 mg/Nm3 , calcule el volu- men, expresado en m3 , de la escombrera que se formará durante un año con los sólidos retenidos en los filtros. Dato: La densidad media del escombro es de 1,4 kg/dm3 . 1.788 kg sólidos día Sólidos que se permite emitir abonos 10 abonos abonos gas abono sólidos gas sólidos sólidos 3 = ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ = 50 1 3 1 80 1 1 10 12 3 3 6 t día kg t Nm kg mg Nm kg mg sólidos kg día 1.800 kg sólidos día Cantidad diaria de sólidos abonos abonos abonos gas abono sólidos gas sólidos sólidos = ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ = 50 10 1 3 1 12 1 1 10 3 3 3 3 t día kg t Nm kg g Nm kg g 107 © ITES-Paraninfo Problemas resueltos ▲ ▲
  • 35. Solución: El volumen de la escombrera vendrá dado por las partículas sólidas a eliminar y la densidad de las mismas: Sólidos generados (gas) – Sólidos que se pueden emitir = Sólidos a eliminar 30 g/Nm3 – 0,2 g/Nm3 = 29,8 g/Nm3 2.10. La eliminación del sulfuro de hidrógeno (H2S) contenido en un gas puede lle- varse a cabo mediante un proceso que implica las reacciones indicadas a con- tinuación, que conducen, en último término, a la obtención de azufre ele- mental (S): 2 H2S + 3 O2 Æ 2 SO2 + 2 H2O (1) 2 H2S + SO2 Æ 3 S + 2 H2O (2) Se emplea este método para eliminar el H2S contenido en un gas residual con una riqueza del 3% en S. En la etapa (1) del proceso se consumen 0,05 Nm3 de aire, previamente rec- tificado, por cada Nm3 de gas, y transcurre con una eficiencia del 91%. A con- tinuación se emplea el SO2 generado en esta primera etapa para llevar a cabo la reacción (2). Calcule: a) La cantidad de azufre elemental que se podrá obtener por Nm3 de gas tratado. b) La cantidad de H2S o de SO2 residuales que permanecerán al final del pro- ceso, expresados en mg por Nm3 de gas. Datos: Densidad media del gas 0,9 g/l en condiciones normales. El aire tiene un 21% de O2 en volumen. Solución: a) Sabiendo la cantidad de sulfuro de hidrógeno presente en cada Nm3 de gas y el oxígeno consumido para tratarlo, y teniendo en cuenta la estequiometría de la V =1 165 10 m / año 4 3 , ◊ Volumen escombrera sólidos a eliminar sólidos = ¥ ¥ ¥ ¥ = 16 315 5 10 1 1 1 4 1 10 3 3 3 3 3 . , , t año kg t dm kg m dm Sólidos a eliminar bauxita gas 1 bauxita sólidos a eliminar sólidos sólidos 16.315,5 t sólidos a eliminar / año = ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ = 1 500 10 29 8 1 10 365 1 3 3 3 6 . , t día Nm t g Nm t g días año 108 Problemas resueltos © ITES-Paraninfo ▲
  • 36. primera etapa del proceso, se calcula la cantidad de sulfuro de hidrógeno elimi- nado en esta reacción y por tanto el dióxido de azufre producido en la misma. Una vez calculadas ambas, viendo sus cantidades relativas y teniendo en cuenta la estequiometría de la segunda etapa del proceso podrá saberse el azufre pro- ducido. El primer paso es averiguar la concentración de H2S en el gas, a partir del dato de la cantidad de S en el mismo (3%): Azufre total/Nm3 gas Æ H2S (total) /Nm3 gas Relación estequiométrica 1 mol S Æ 1 mol H2S Etapa (1) En la etapa (1), 2 moles de H2S producen 2 moles de SO2, por lo que se han ori- ginado 0,284 moles de SO2. Etapa (2): Relaciones molares por cada Nm3 de gas 2 H2S + SO2 Æ 3 S + 2 H2O moles antes de reaccionar 0,558 0,284 – – moles que reaccionan/ se forman -0,558 -0,558/2 +(3/2)·0,558 moles después de la reacción 0 0,005 0,837 Luego todo el H2S reacciona y se obtienen 0,837 moles de S / Nm3 gas Moles H S restantes / Nm 0,842 H S (totales) gas 0,284 H S (eliminados) gas 0,558 H S (restantes) 2 3 2 2 2 = - = mol Nm mol Nm mol Nm gas 3 3 3 H S eliminado(1) aire gas 21 O (teóricos) aire 10 O 1 O 1 O 22,4 N O 2 H S (teóricos) 3 O 91 H S(reales) 100 H S(teóricos) 0,284 mol H S / Nm gas eliminados en la etapa (1) 2 2 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 = ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ = = 0 05 100 3 3 3 3 3 , Nm Nm Nm Nm Nl Nm mol l mol mol moles moles Moles totales H S en el gas 3 S 100 gas 1 S 32,07 S 1 H S 1 S 0,9 gas 1 N gas 10 gas 1 gas 0,842 H S gas 2 2 3 2 = ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ = g g mol g mol mol g l Nl Nm mol Nm 3 3 109 © ITES-Paraninfo Problemas resueltos
  • 37. b) El gas que ha quedado como residual es el dióxido de azufre, por lo que su con- centración será: 2.11. Como se ha indicado en el problema anterior, el sulfuro de hidrógeno es una fuente de azufre elemental a través de las dos ecuaciones reflejadas en dicho problema. Un gas natural que contiene un 3,5% de S como sulfuro de hidrógeno, nece- sita ser tratado para eliminar el S. Es tratado de forma conveniente, consu- miéndose 0,055 Nm3 de aire por Nm3 de gas natural, en la realización del proceso (1). En la rectificación del aire se consigue O2 con una eficiencia del 90%. A continuación se aprovecha el SO2 para la realización del proceso (2). Calcule: a) La cantidad de azufre que se podrá obtener por Nm3 de gas natural tratado. b) La cantidad de H2S que se seguirá emitiendo a la atmósfera expresada en mg/Nm3 . Datos: Densidad media del gas 0,87 g/l en condiciones normales. El aire tiene un 21% de O2 en volumen. Solución: a) Las reacciones que tienen lugar son las siguientes: Proceso (1): 2 H2S + 3 O2 Æ 2 SO2 + 2 H2O Proceso (2): 2 H2S + SO2 Æ 3 S + 2 H2O Azufre total/Nm3 gas Æ H2S (total) /Nm3 gas Relación estequiométrica 1 mol S Æ 1 mol H2S Moles totales H S en el gas 3,5 S 100 gas 1 S 32,07 S 1 H S 1 S 0,87 gas 1 N gas 10 gas 1 gas 0,949 H S gas 2 2 3 2 = ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ = g g mol g mol mol g l Nl Nm mol Nm 3 3 320,4 mg SO Nm gas 2 3 Cantidad SO gas 5 10 SO gas 64,07 SO SO 10 SO 1 SO 2 3 2 2 2 3 2 2 Nm mol Nm g mol mg g 3 3 = ◊ ¥ ¥ = 26,84 g S obtenido Nm gas 3 S obtenido 0,837 S gas 32,07 S S = ¥ = moles Nm g mol 3 1 110 Problemas resueltos © ITES-Paraninfo ▲
  • 38. Proceso (1) 0,309 moles de H2S eliminados en el proceso (1) = 0,309 moles de SO2 produci- dos en el proceso (1) Proceso (2): Relaciones molares por cada Nm 3 de gas 2 H2S + SO2 Æ 3 S + 2 H2O moles antes de reaccionar 0,64 0,309 – – moles que reaccionan -2 · 0,309 -0,309 +3 · 0,309 moles después de reacción 0,022 0 0,927 Luego reacciona todo el SO2 y queda H2S residual. b) La cantidad de H2S que no se ha eliminado y que se seguirá emitiendo a la atmósfera será: 2.12. a) Una planta incineradora de residuos, sin control de gases, emitiría a la atmósfera 9,5 kg de óxidos de nitrógeno por tonelada de basura incinera- da. Calcule cuáles serían las emisiones diarias de NOx a la atmósfera en una ciudad de 200.000 habitantes, en la que cada persona genera 1,2 kg de basura/día, y la basura de la industria, que se trata en la misma inci- neradora, representa 1,25 kg de residuo por habitante y día. 749,9 mg H S Nm gas 2 3 Cantidad H S gas H S gas H S H S H S H S 2 2 2 2 2 2 Nm mol Nm g mol mg g 3 3 3 0 022 34 086 1 10 1 ª ¥ ¥ = , , 29,73 g S Nm gas 3 S (obtenido) gas 0,927 S gas 32,07 S Nm moles Nm g mol 3 3 = ¥ = Moles H S restantes = 0,949 H S (totales) gas 0,309 H S (eliminados) gas 0, 64 H S (a eliminar) gas 2 2 2 2 mol Nm mol Nm mol Nm 3 3 3 - - = Moles S Nm Nm Nm Nm Nm Nm Nl Nm mol l S S Nm de H eliminados en (1) aire gas 21 O (teóricos) aire 90 O (reales) 100 O (teóricos) 10 O 1 O 1 O 22,4 N O 2 mol H mol O mol H gas 2 2 2 2 3 2 2 2 2 2 2 2 = ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ = 0 055 100 3 0 309 3 3 3 3 3 3 3 3 , , 111 © ITES-Paraninfo Problemas resueltos ▲
  • 39. b) ¿Cuál será la concentración de NO2 en los gases de emisión, expresada en ppm, si dicha incineradora de residuos emite 12 Nm3 de gas por kg de basu- ra incinerada y se considera que todos los óxidos de nitrógeno se expresan como NO2? Solución: a) La cantidad de óxidos de nitrógeno se calcula teniendo en cuenta la cantidad de basura incinerada diariamente y las emisiones de dichos óxidos que implica la citada incineración: b) La concentración se obtiene teniendo en cuenta las emisiones de óxidos de nitrógeno y el volumen de gases generados: Para expresar la concentración en ppm es preciso recurrir a la ecuación de esta- do de los gases ideales, y considerar todos los NOx como NO2: 2.13. Una instalación de producción de energía térmica quema carbón como com- bustible y produce unas emisiones gaseosas de 6,8 Nm3 por kg de combusti- ble incinerado. 385 ppm de NO2 P V n R T a M R T; V a R T P M V NO2 = = = = ¥ ¥ ¥ ¥ = fi - - - 0 792 0 082 273 1 46 01 10 1 385 3 1 1 1 3 3 3 3 , , , g Nm gas atm l K mol K atm g mol cm l cm Nm gas Concentración NO kg t t kg kg Nm kg Nm gas g Nm gas x NO a incinerar a incinerar gas NO NO x x x = ¥ ¥ = = ◊ = - 9 5 1 10 1 12 7 92 10 0 792 3 3 4 3 3 , , , 4.655 kg NO / día x NO diario kg día t kg kg t x habitantes a incinerar habitante NO a incinerar x = ¥ ◊ ¥ ¥ = 200 000 2 45 1 10 9 5 3 . , , Residuos a incinerar basura 1,25 desechos habitante residuos a incinerar habitante = + ( ) ◊ = = ◊ 1 2 2 45 , , kg kg día kg día 112 Problemas resueltos © ITES-Paraninfo ▲
  • 40. a) Calcule cuál será la concentración de partículas, expresada en mg/Nm3 en los gases de emisión, si se generan 7,2 kg de partículas por tonelada de combustible incinerado. b) Si debe disminuirse la concentración de partículas en los gases que se emiten hasta 200 mg/Nm3 , indique qué tipo de sistema de depuración podría instalarse para que las emisiones de esa industria cumpliesen el objetivo de reducción y qué rendimiento exigiría al mismo. c) Si se obliga a que el contenido en dióxido de azufre de los gases que se emiten a la atmósfera sea inferior a 3.000 mg/Nm3 , exprese esta concen- tración en ppm e indique cuánto SO2 se libera, como máximo, por cada kg de combustible incinerado con esta concentración. d) Si se desea cumplir el límite de emisión mencionado en el apartado ante- rior sin instalar ningún sistema de depuración para el dióxido de azufre, ¿cuál será el contenido máximo de azufre que podrá tener el combustible empleado? Solución: a) La concentración de partículas se calcula teniendo en cuenta su producción en el proceso de combustión y la cantidad de gases emitidos en el mismo: Concentración partículas = Cantidad partículas/Caudal de gases b) El rendimiento del sistema de depuración vendrá determinado por la diferencia entre las partículas generadas y las emitidas: [partículas]producidas – [partículas]emitidas = [partículas]retenidas ó eliminadas 1.059 – 200 = 859 mg partículas / Nm3 gas El sistema de depuración vendría determinado por el tamaño de partículas y el rendimiento de la operación; podría instalarse un filtro de mangas o un precipi- tador electrostático para las partículas de menor tamaño. c) La concentración de dióxido de azufre puede expresarse en ppm sabiendo que el volumen molar de un gas ideal en condiciones normales es 22,4 litros: h = 81,11 % hdepuración 100 859 1.059 100 [partículas] [partículas] eliminadas producidas = ¥ = ¥ = mg/Nm mg/Nm 3 3 1.059 mg partículas / Nm gas 3 Concentración partículas kg t t kg kg Nm mg kg 7,2 partículas 1 combustible 1 combustible 10 combustible combustible 6,8 gas 10 partículas 1 partículas 3 6 = ¥ ¥ ¥ ¥ = 3 113 © ITES-Paraninfo Problemas resueltos
  • 41. La cantidad de dióxido de azufre emitido vendrá dada por la concentración y la cantidad de gas: = d) Como la cantidad de SO2 a emitir con el límite establecido es de 20,4 g SO2 por cada kg de combustible incinerado, y se sabe que cada mol de azufre origina un mol de SO2: 2.14. Según la estimación de factores de emisión de la Agencia de Protección del Medio Ambiente de Estados Unidos (USEPA), una coquería de una planta siderúrgica emite 1,75 kg de partículas/t de carbón empleado. Para una industria siderúrgica que utiliza 1.000 t de carbón al día, calcule: a) La cantidad de partículas generadas en kg/h. b) La concentración de las mismas, expresada en mg/Nm3 si el volumen total de gases emitidos es de 6,4·106 Nm3 /día. c) ¿Cuál debe ser el rendimiento mínimo de los sistemas de depuración que se deben instalar si se permite un máximo de emisión de 100 mg/Nm3 ? d) ¿Qué cantidad máxima de partículas, expresada en t, emitirá la planta anualmente una vez instalados los sistemas de depuración necesarios? Compárela con las emisiones que se hubieran efectuado caso de no insta- larse sistema alguno de depuración. 1,02 % S % S en combustible 0,01021 kg S kg combustible = ¥ = 100 S g máximo en el combustible 20,4 g SO kg combustible g S 64,07 g SO kg 10 kg S kg combustible 2 2 3 = ¥ ¥ = = 32 07 1 0 01021 , , 20,4 g SO / kg combustible 2 SO emitido mg Nm Nm kg g mg 2 3 3 3.000 SO gas 6,8 gas combustible 1 SO 10 SO 2 2 3 2 = ¥ ¥ = 1.049 ppm SO2 ppm SO mg Nm g mg mol g l mol cm l 3.000 SO gas 1 10 1 SO 64,07 SO 22,4 N SO 1 SO 10 N 1 Ncm SO Nm gas 2 3 2 2 2 2 3 3 2 3 2 3 3 1 048 8 = ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ = = . , 114 Problemas resueltos © ITES-Paraninfo ▲
  • 42. Solución: a) La cantidad de partículas se calcula teniendo en cuenta su producción en el pro- ceso de combustión, según el factor de emisión de la USEPA: b) Para hallar su concentración debe considerarse la producción y el volumen de los gases emitidos: c) El rendimiento del sistema de depuración vendrá determinado por la diferencia entre las partículas generadas y las emitidas: [partículas]producidas – [partículas]emitidas = [partículas]retenidas o eliminadas 273,4 mg/Nm3 – 100 mg/Nm3 = 173,4 mg partículas / Nm3 gas d) La cantidad anual de partículas vendrá determinada por la concentración y can- tidad de los gases de emisión: 233,6 t partículas año Partículas anuales con depuración partículas partículas partículas = ¥ ◊ ¥ ¥ ¥ = 100 6 4 10 365 1 1 10 3 6 3 9 mg Nm Nm día días año t mg , h = 63,42 % hdepuración 100 173,4 2 100 [partículas] [partículas] eliminadas producidas = ¥ = ¥ = mg/Nm mg/Nm 3 3 73 4 , 273,4 mg partículas Nm3 Concentración partículas 1.000 carbón 1,75 partículas carbón 1 gas partículas partículas = ¥ ¥ ¥ ◊ ¥ = t día kg t día Nm mg kg 6 4 10 10 6 3 6 , 72,92 kg partículas / h Cantidad de partículas 1.000 carbón partículas carbón = ¥ ¥ = t día kg t día h 1 75 1 24 , 115 © ITES-Paraninfo Problemas resueltos
  • 43. Si no hubiese depuración: 2.15. Por la chimenea de una fábrica de abonos nitrogenados, sale un caudal de gas de 930 Nm3 /h. Dicha instalación utiliza como combustible 20.000 Nm3 /día de un gas natural cuya densidad es de 0,75 g/l, medida en condicio- nes normales. Si el factor de emisión para los óxidos de nitrógeno es de 3 kg NOx/t combustible, calcule la concentración de NO y NO2, en ppm, si el 90% (en peso) de los NOx generados corresponde a NO. Solución: Puede calcularse la concentración total de óxidos de nitrógeno, conociendo el factor de emisión de los mismos, la cantidad de combustible incinerada diaria- mente y los gases emitidos en dicha incineración: Densidad = 0,75 g/l = 0,75 kg/m3 Una vez conocido el total de óxidos de nitrógeno, se calculan las concentracio- nes de NO y NO2 sabiendo que su proporción es 90 y 10%, respectivamente: NO 1.354 ppm [ ]= Concentración NO NO gas NO NO NO NO N N N N NO gas x x = ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ = 2 016 90 100 1 30 01 22 4 1 10 1 1 354 3 3 3 3 3 , , , . g Nm g g mol g l mol cm l cm Nm 2,016 g NO / Nm gas x 3 Concentración NO comb. comb. N comb. comb. comb. 3 NO comb. 10 NO 1 NO 24 gas x x 3 x x = ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ = - 20 000 0 75 1 10 1 1 1 1 930 3 3 3 3 . , Nm día kg m t kg kg t g kg día h h Nm 638,7 t partículas año Partículas anuales sin depuración partículas partículas partículas = ¥ ◊ ¥ ¥ ¥ = 273 4 6 4 10 365 1 1 10 3 6 3 9 , , mg Nm Nm día días año t mg 116 Problemas resueltos © ITES-Paraninfo ▲
  • 44. 2.16. En una central térmica se queman 3.000 t/día de un carbón con un conteni- do en azufre de un 1,2%. Calcule: a) Las toneladas de dióxido de azufre generadas al año. b) ¿Cuál sería la concentración de dióxido de azufre sin depurar, expresada en ppm y en mg/m3 , si el volumen total de gases producidos es de 3·107 Nm3 /día? c) ¿Qué cantidad diaria de carbonato de calcio será necesario añadir a los gases de combustión para reducir en un 80% las emisiones de dióxido de azufre, precipitándolo en forma de sulfato de calcio? Solución: a) Sabiendo que un mol de azufre genera en la combustión un mol de SO2, se cal- cula la cantidad de este gas emitida anualmente: b) Conociendo la cantidad de SO2 emitida y el volumen de los gases de emisión, calculamos la concentración de este contaminante: 2.397 mg SO Nm gas 2 3 Concentración SO 2,625.10 SO 1 365 días 10 SO 1 SO 1 3 10 gas 2 4 2 9 2 2 7 = ¥ ¥ ¥ ¥ ◊ = t año año mg t día Nm3 2,625 10 t SO año 4 2 ◊ Cantidad anual de SO 3.000 carbón 10 1 1,2 S 100 carbón 1 S 32,07 S SO S SO SO t SO 10 g SO 365 días 1 año 2 6 2 2 2 2 6 2 = ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ = t día g t g g mol g mol mol g mol 1 1 64 07 1 1 , [NO ] 98,15 ppm 2 = Concentración NO NO gas NO NO NO NO N N N 98,15 N NO gas 2 x 2 x 2 2 2 = ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ = 2 016 10 100 1 46 01 22 4 1 10 1 3 3 3 3 3 , , , g Nm g g mol g l mol cm l cm Nm 117 © ITES-Paraninfo Problemas resueltos ▲
  • 45. La ecuación de estado de los gases permite expresar la concentración de SO2 en ppm, ya que: c) Conociendo la estequiometría del proceso, calculamos la cantidad de carbonato de calcio a añadir: SO2 + 1 /2 O2 + CaCO3 Æ CaSO4Ø + CO2 2.17. Una industria emite 2.000 Nm3 /h de gases con un contenido de 1.000 mg/Nm3 en dióxido de azufre y de 400 mg/Nm3 en una mezcla de monóxido de carbono y etano. Calcule: a) La cantidad mínima diaria de caliza del 80% en carbonato de calcio que habría que añadir a la caldera de combustión si deseáramos eliminar el 90% de las emisiones de dióxido de azufre en forma de sulfato de calcio. b) ¿Qué cantidad de ácido sulfúrico, expresada en moles, se producirá dia- riamente si el 70% del dióxido de azufre emitido durante la misma se transforma en este ácido? c) Si se considera lluvia ácida la de pH= 4,5, ¿cuál es la concentración de ácido sulfúrico capaz de originar este pH? ¿Cuántos litros de lluvia se convertirían en lluvia ácida con el ácido sulfúrico producido en el aparta- do b? Nota: Opere considerando que el agua de lluvia tiene un pH neutro. 89,88 t CaCO día 3 Cantidad de CaCO 2,625 10 SO 1 365 10 1 SO SO SO (reducidos) SO (totales) CaCO SO CaCO CaCO CaCO CaCO 3 4 2 6 2 2 2 2 3 2 3 3 3 3 = ◊ ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ = t año año días g t mol g mol mol mol mol g mol t g 1 64 07 80 100 1 1 100 09 1 1 106 , , 837,5 ppm SO2 SO Nm cm cm SO Nm gas 2 3 3 3 3 2 3 10 1 837 5 [ ]= ¥ = = 0,8375 l SO gas l 2 , / Volumen de SO a R T P M SO SO SO 2 2 2 2 = = ◊ ¥ ¥ ¥ = = - - - 2 397 10 0 082 273 1 64 07 0 8375 3 1 1 . , , , g atm l K mol K atm g l 1 1 3 3 SO gas P V n R T a M R T 2 ppm cm m = = = 118 Problemas resueltos © ITES-Paraninfo ▲
  • 46. d) El % de monóxido de carbono y etano en la mezcla si sabemos que para quemarlos totalmente se necesita aportar 480 mg de oxígeno por Nm3 de gas emitido por la industria. Solución: a) Conociendo la estequiometría de la reacción de formación del sulfato de calcio, la cantidad diaria de SO2 generado en la combustión y el porcentaje de reduc- ción deseado: SO2 + CaCO3 + 1 /2 O2 Æ CaSO4 + CO2 b) Sólo se emite un 10% del SO2 generado, y el 70% de éste se convertirá en H2SO4, originándose un mol de ácido por cada mol de dióxido de azufre: SO2 + 1/2 O2 + H2O Æ H2SO4 c) Haremos un cálculo aproximado, considerando el ácido sulfúrico totalmente disociado. La concentración del mismo capaz de originar un pH de 4,5 se cal- cula considerando la propia definición de pH: pH - log [H O ] [H O ] mol / l 3 3 pH = fi = = = ◊ + + - - - 10 10 3 16 10 4 5 5 , , 52,44 moles H SO / día 2 4 ¥ ¥ = 70 SO (transformados) 100 SO (emitidos) 1 H SO 1 SO 2 2 2 4 2 mol mol mol mol Moles H SO / día 48.000 SO 10 SO 100 SO 1 SO 64,07 SO 2 4 2 2 2 2 2 = ¥ ¥ ¥ g día g emitidos g generados mol g 84,36 kg caliza del 80% día Caliza diaria necesaria g SO día 90 SO (eliminados) 100 SO (totales) 1 SO 64,07 SO 1 CaCO 1 SO 100,09 CaCO 1 CaCO 100 caliza 80 CaCO caliza 10 g caliza 2 2 2 2 2 3 2 3 3 3 3 = ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ = 48 000 1 . g g mol g mol mol g mol g g kg SO generado / día 2.000 gas 1.000 SO gas 1 SO 10 SO g SO día 2 2 2 3 2 2 = ¥ ¥ ¥ = = Nm h mg Nm h día g mg 3 3 24 1 48 000 . 119 © ITES-Paraninfo Problemas resueltos
  • 47. Considerando una disociación completa del H2SO4 : Teniendo en cuenta la concentración causante de lluvia ácida y los moles de sul- fúrico generados, se calcula el volumen de agua de lluvia que adquiriría la con- dición de ácida: d) Es preciso considerar los procesos de combustión de ambas sustancias y esta- blecer la relación estequiométrica entre los moles de cada una de ellas y el oxí- geno necesario para quemarlos: CO + 1/2 O2 Æ CO2 C2H6 + 7/2 O2 Æ 2 CO2 + 3 H2O X = mg CO Y = mg C2H6 Primera ecuación: X + Y = 400 mg Cálculo del oxígeno consumido en la combustión de X mg de CO e Y mg de C2H6: X + Y = 400 mg 0,571 X + 3,725 Y = 480 mg ◊ ◊ ¸ ˝ Ô ˛ Ô ¥ ¥ ¥ ¥ = ◊ 1 C H 30,068 C H 7 / 2 O 1 C H 32 O O 10 O 1 O Y O 2 6 2 6 2 2 6 2 2 3 2 2 2 mol g mol mol g mol mg g mg 3 725 , Oxígeno consumido por el C H Y C H 1 C H 10 C H 2 6 2 6 2 6 3 2 6 = ¥ ¥ mg g mg Oxígeno consumido por el CO X CO 1 CO 10 CO 1 CO 28,01 CO 1/ 2 O 1 CO 32 O O 10 O 1 O X O 3 2 2 2 3 2 2 2 = ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ = ◊ mg g mg mol g mol mol g mol mg g mg 0 571 , Lluvia ácida = 3.317 m / día 3 V H SO H SO 52,44 H SO H SO / l ,317.10 m l m 2 4 2 4 2 4 2 4 6 3 3 = = ◊ = ¥ = - n moles mol día mol l día día º [ ] / , . / 1 581 10 3 1 10 3 319 5 3 H SO H O 2 H O SO H SO [H O ] mol / 2 4 2 3 4 2 4 3 + Æ + = = ◊ + - + - 2 5 2 1 581 10 [ ] , litro 120 Problemas resueltos © ITES-Paraninfo
  • 48. 2.18. Un garaje particular de una casa unifamiliar tiene las siguientes dimensio- nes: 4 m de largo, 4 m de ancho y 3 m de altura. El dueño de la casa introdu- ce el coche y tras cerrar la puerta del garaje se queda en el interior del coche escuchando música con el motor en marcha. Sabiendo que el valor de la con- centración Inmediatamente Peligrosa para la Vida o la Salud (IPVS) para el monóxido de carbono es de 1.500 ppm CO, calcular cuánto tiempo se tarda- rá en alcanzar dicho valor en el garaje, teniendo en cuenta que la emisión aproximada de gases por el tubo de escape del coche, al ralentí, es de 2,4 Nm3 /h y que la concentración de monóxido de carbono en los gases de esca- pe es de 8,7 g CO/Nm3 . Dato: Considérense condiciones normales para el tratamiento de los gases. Nota: El parámetro IPVS (concentración Inmediatamente Peligrosa para la Vida o la Salud) indica la concentración de contaminante a partir de la cual la exposición puntual puede provocar la muerte inmediata o daños irreversi- bles para la salud. Solución: En primer lugar hay que calcular la cantidad de CO (en masa) que debe con- centrarse en el garaje de la casa para que se alcance el valor de IPVS, lo que se hará teniendo en cuenta el valor del IPVS y el volumen del garaje considerado: Masa de CO: PV nRT a de CO 1 atm 72 l 28,01 g mol ,082 atm l K 273 K g CO -1 -1 = = fi = = ¥ ¥ ¥ = - M RT a PVM RT Masa mol 0 90 09 1 , Volumen del garaje m m m m para alcanzar el IPVS c CO Nm litro 10 litros 3 3 3 = ¥ ¥ = = ¥ ¥ ¥ = 4 4 3 48 1 500 48 1 72 3 3 3 Volumen de CO m Nm cm . %CO = 80,06 en peso %C H 19,94 en peso 2 6 = Y C H %C H X = 320,23 mg CO %CO 320,23 400 2 6 2 6 = = ¥ = = ¥ = 79 77 79 77 400 100 19 94 100 80 06 , , , % , % mg 121 © ITES-Paraninfo Problemas resueltos ▲