4. estudios de sensibilidad acerca de la influencia de...

Análisis de la Problemática de las

Emisiones de Compuestos Orgánicos Volátiles en un Centro de Refino

Proyecto Fin de Carrera 4-1

José Enrique Jiménez Bonilla Ingeniería Química

4. ESTUDIOS DE SENSIBILIDAD ACERCA DE LA INFLUENCIA DE PARÁMETROS EN LA ESTIMACIÓN DE EMISIONES

Una vez descritos en el Capítulo anterior los procedimientos y rutinas de las programas TANKS y WATER9, a continuación se procede a analizar la influencia que determinados parámetros (meteorológicos, operacionales, de diseño…) tienen sobre la estimación de emisiones en ambos casos. El primero estima las emisiones en tanques (evidentemente se utilizará para estimar las emisiones en los sistemas de almacenamiento) y el segundo en balsas (será muy útil a la hora de estimar las emisiones de la PTEL). La estructura del Capítulo es como sigue:

4.1 Análisis de sensibilidad de los parámetros en la estimación de emisiones

mediante TANKS. 4.2 Análisis de sensibilidad de los parámetros en la estimación de emisiones

mediante WATER9.





4.1 ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD TANKS

Una vez descritas en el Capítulo 3 las ecuaciones en las que se basa el modelo de la EPA TANKS 4.0.9d, en el presente Capítulo se procede a realizar un estudio de sensibilidad al objeto de determinar en qué grado influyen los parámetros de diseño, las condiciones de operación y las condiciones ambientales en las emisiones de compuestos orgánicos volátiles en los tanques de almacenamiento de los centros de refino de petróleo.

La estructura seguida en el Capítulo es la siguiente:

4.1.1 Emisiones en tanques de techo fijo 4.1.2 Emisiones en tanques de techo flotante externo 4.1.3 Emisiones en tanques de techo flotante interno 4.1.4 Comparación entre distintos tipos de tanques 4.1.5 Conclusiones





4.1.1 Emisiones en tanques de techo fijo Como ya se comentó en el Capítulo anterior, para tanques de techo fijo el programa TANKS realiza una estimación de las siguientes emisiones: Lb ≡ Pérdidas permanentes o por respiración Lw ≡ Pérdidas por trabajo LT ≡ Pérdidas totales, que es la suma de las dos anteriores Para realizar el análisis de sensibilidad de cada parámetro, en cada caso se parte de un caso base y se harán modificaciones del parámetro objeto de estudio para analizar así la influencia de ese parámetro en las emisiones de COV´s. Los parámetros considerados en el caso base son los siguientes:

• Características físicas

- Altura del tanque: 60 ft - Diámetro del tanque: 215 ft - Altura máxima de llenado: 55 ft - Altura media de llenado: 45 ft - Volumen de trabajo: 14.936.697 gal - Número de trasiegos/año: 2 - Tanque no calorifugado - Color de la carcasa: blanco - Estado superficial de la carcasa: bueno - Color del techo: blanco - Estado superficial del techo: bueno - Tipo de techo: cónico - Pendiente: 0,0625 ft/ft - Tarado válvulas: 0,03 psig

• Factores climáticos

- Temperatura media diaria: 57,7 ºF - Temperatura máxima media anual: 69,9 ºF - Temperatura mínima media anual: 45,68 ºF - Velocidad media del viento: 6,944 mph - Factor de insolación medio anual: 1.427,7881 Btu/ft2·día - Presión atmosférica: 13,72 psia

• Sustancia almacenada: crudo





Sobre las características físicas de los tanque, los valores que se han tomado tanto en el caso base como en las modificaciones que de él se hacen son valores típicos en los tanques de almacenamiento empleados en las refinerías españolas. En cuanto a los factores climáticos, indicar que en la base de datos del programa TANKS 4.0.9d están incluidos los datos climatológicos necesarios para ejecutar el programa de numerosas ciudades de Estados Unidos. No obstante, se han introducido los datos de la ciudad española de Puertollano con el objeto de que los resultados obtenidos estén de acuerdo con las características climatológicas de una ciudad española, de modo que los análisis de sensibilidad que aquí se realizan tomen una mayor aplicabilidad para las refinerías españolas. No obstante, el estudio de sensibilidad tendría el mismo valor si se hubiera usado cualquier ciudad estadounidense presente en la base de datos. En cuanto a la sustancia almacenada, se ha elegido el crudo por ser la que en mayor cantidad es almacenada en las refinerías. El crudo elegido es el único incluido en la base de datos de TANKS 4.0, que se corresponde con crudo RVP 5. Se han estudiado los siguientes parámetros:

- Altura del tanque - Diámetro del tanque - Altura máxima de llenado - Altura media de llenado - Número de trasiegos/año - Dependencia de si el tanque es calorifugado o no - Color de la carcasa - Estado superficial de la carcasa - Color del techo del tanque - Estado superficial del techo del tanque - Tipo de techo - Tarado de válvulas - Sustancia almacenada

• Sensibilidad a la altura del tanque

Se han estimado las emisiones manteniendo constantes los parámetros del caso base, a excepción de las alturas media y máxima de llenado, que se han variado de forma proporcional a la altura del tanque, con el objetivo de que el volumen considerado en cada caso sea proporcional a la altura del tanque. De este modo estudiamos la influencia en la estimación de emisiones de la altura del tanque sin que interfieran parámetros como el volumen de vapor dentro del tanque. Tanto en la Tabla 4.1 como en la figura 4.1 se muestran los resultados obtenidos:





TABLA 4.1

SENSIBILIDAD A LA ALTURA DEL TANQUE. TANQUES DE TECHO FIJO.

Altura del tanque (ft) 45 50 55 60 65

Lw (lb/año) 57.196 63.505 69.911 76.262 82.610 Lb (lb/año) 156.562 161.048 165.038 168.610 171.826 LT (lb/año) 213.758 224.553 234.949 244.872 254.438

FIGURA 4.1

SENSIBILIDAD A LA ALTURA DEL TANQUE. TANQUES DE TECHO FIJO

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

45 50 55 60 65

Altura (ft)

Pérd

idas

(lb/

año)

LwLbLt

Se puede apreciar que al aumentar la altura del tanque aumentan de forma lineal tanto las pérdidas por trabajo como las pérdidas por respiración, aumentando las primeras de forma más acusada. Por tanto, el efecto es una subida lineal de las emisiones totales al aumentar la altura del tanque, de acuerdo con la ecuación y = 10168·x + 204010, con un coeficiente de regresión lineal R2 = 0,9994, donde y son las emisiones totales (lb/año) y x la altura del tanque (ft).

• Sensibilidad al diámetro de la carcasa

Se han realizado simulaciones con varios diámetros, dejando todos los demás parámetros constantes, obteniéndose los resultados indicados en la Tabla 4.2.





TABLA 4.2

SENSIBILIDAD AL DIÁMETRO DE LA CARCASA. TANQUES DE TECHO FIJO

Diámetro de la carcasa (ft) 145 160 185 200 215 230 245 260

LW (lb/año) 34.687 42.235 56.464 65.992 76.261 87.274 99.029 111.526Lb (lb/año) 75.764 92.498 124.204 145.535 168.610 193.439 220.031 248.397LT (lb/año) 110.451 134.733 180.668 211.527 244.872 280.719 319.060 359.923

FIGURA 4.2

SENSIBILIDAD AL DIÁMETRO DE LA CARCASA. TANQUES DE TECHO FIJO

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

145 160 185 200 215 230 245 260

Diámetro (ft)

Pérd

idas

(lb/

año)

LwLbLt

Se puede apreciar que tanto las emisiones por trabajo como las emisiones por respiración aumentan con el diámetro del tanque: Se observa que las pérdidas por respiración son más sensibles al diámetro del tanque. El resultado es que se tiene una dependencia lineal de las emisiones totales respecto del diámetro del tanque.

• Sensibilidad a la altura máxima de llenado

Los resultados de las simulaciones se muestran en la Tabla 4.3 y en la Figura 4.3.





TABLA 4.3

SENSIBILIDAD A LA ALTURA MÁXIMA DE LLENADO. TANQUES DE TECHO FIJO

Altura máxima de llenado (ft) 40 43 46 49 52 55 58

LW (lb/año) 55.463 59.623 63.782 67.942 72.102 76.262 80.421 Lb (lb/año) 179.800 179.800 179.800 179.00 179.800 179.800 179.800LT (lb/año) 235.263 239.423 243.582 247.742 251.902 256.062 260.221

FIGURA 4.3

SENSIBILIDAD A LA ALTURA MÁXIMA DE LLENADO. TANQUES DE TECHO FIJO

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

40 43 46 49 52 55 58

Altura máxima de llenado (ft)

Pérd

idas

(lb/

año)

LwLbLt

En la Figura 4.3 se observa que la altura máxima de llenado no influye en las pérdidas por respiración, no siendo así en el caso de las pérdidas por trabajo, que aumentan linealmente con la altura máxima de llenado. Se tiene un aumento lineal de las emisiones totales con la altura máxima de llenado, de acuerdo con la ecuación y=4159,7·x+231103, con un coeficiente de regresión lineal R2 = 1, donde y son las emisiones totales (lb/año) y x es la altura máxima de llenado (ft).

• Sensibilidad a la altura media de llenado

Manteniendo constantes todos los parámetros y variando la altura media de llenado, se tienen los resultados expuestos en la Tabla 4.4 y en la Figura 4.4.





TABLA 4.4

SENSIBILIDAD A LA ALTURA MEDIA DE LLENADO. TANQUES DE TECHO FIJO

Altura media de llenado (ft) 30 35 40 45 50 55

LW (lb/año) 76.262 76.262 76.262 76.262 76.262 76.262 Lb (lb/año) 193.537 187.684 179.800 168.610 151480 121.971 LT (lb/año) 269.799 263.946 256.062 244.872 227742 198.233

FIGURA 4.4

SENSIBILIDAD A LA ALTURA MEDIA DE LLENADO. TANQUES DE TECHO FIJO

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

30 35 40 45 50 55

Altura media de llenado (ft)

Pérd

idas

(lb/

año)

LwLbLt

Se deduce que las pérdidas por trabajo no dependen de la altura media de llenado. Las

pérdidas por respiración descienden en forma de parábola al aumentar la altura media de llenado. En consecuencia, las pérdidas totales disminuyen al aumentar la altura media de llenado de forma parabólica.

Concretamente, la ecuación que define la tendencia de esta parábola es y=-2772,6·x2 +

5761,4x + 265328, con coeficiente de regresión R2 = 0,9942, donde y son las emisiones totales (lb/año) y x la altura media de llenado.





• Sensibilidad al número de trasiegos

Operando de forma análoga a los casos anteriores, se obtiene los resultados que se muestran en la Tabla 4.5 y en la Figura 4.5.

TABLA 4.5

SENSIBILIDAD AL NÚMERO DE TRASIEGOS. TANQUES DE TECHO FIJO

Nº trasiegos al año 0,5 1 1,5 2 2,5 3 LW (lb/año) 19.065 38.131 57.196 76.262 95.327 114.392 Lb (lb/año) 168.610 168.610 168.610 168.610 168.610 168.610 LT (lb/año) 187.675 206.741 225.806 244.872 263.937 283.002

FIGURA 4.5

SENSIBILIDAD AL NÚMERO DE TRASIEGOS. TANQUES DE TECHO FIJO

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

0,5 1 1,5 2 2,5 3

Trasiegos (veces/año)

Pérd

idas

(lb/

año)

LwLbLt

Se observa que los resultados del análisis de sensibilidad de las emisiones en tanques de

techo fijo dan como resultado que las emisiones por respiración son independientes del número de trasiegos. Las emisiones por trabajo aumentan de forma lineal con el número de trasiegos. Como consecuencia de ello, las emisiones totales aumentan de forma lineal al aumentar el número de trasiegos, de acuerdo con la ecuación y = 19065·x + 168610, con un coeficiente de regresión R2 = 1, donde y representa las emisiones totales y x los trasiegos (veces/año).





• Sensibilidad al hecho de que el tanque sea calentado

Se han estimado las emisiones para situaciones idénticas, una con tanque calentado y otra con el tanque sin calentar, obteniéndose los siguientes resultados.

TABLA 4.6

SENSIBILIDAD AL HECHO DE QUE EL TANQUE SEA CALENTADO. TANQUES DE TECHO FIJO

¿Tanque calentado? Sí NO LW (lb/año) 76.262 76.262 Lb (lb/año) 139.722 177.572 LT (lb/año) 215.984 253.834

FIGURA 4.6

SENSIBILIDAD AL HECHO DE QUE EL TANQUE SEA CALENTADO. TANQUES DE TECHO FIJO

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

Sí NO

Pérd

idas

(lb/

año)

LwLbLt

Se aprecia que las pérdidas por trabajo permanecen constantes y las pérdidas permanentes son menores en tanques calentados. Estos resultados responden al hecho de que en tanques calentados se producen menos perturbaciones por variación de temperatura, derivándose de ello una disminución de emisiones por respiración, ya que éstas son consecuencia de variaciones de temperatura, presión o nivel del líquido.





• Sensibilidad al color de la carcasa

Se han simulado con todos los colores disponibles en la base de datos de TANKS 4.0.9d.

TABLA 4.7

SENSIBILIDAD AL COLOR DE LA CARCASA. TANQUES DE TECHO FIJO

Color de la carcasa Blanco Aluminio

especular Aluminio

difuso Gris claro Gris medio Rojo

LW (lb/año) 76.262 78.708 81.101 80.411 82.027 84.501 Lb (lb/año) 168.610 205.813 242.969 232.185 257.562 297.069 LT (lb/año) 244.872 284.521 324.070 312.596 339.589 381.570

FIGURA 4.7

SENSIBILIDAD AL COLOR DE LA CARCASA. TANQUES DE TECHO FIJO

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

450000

Blanco Aluminio especular Aluminio difuso Gris claro Gris medio Rojo

Pérd

idas

(lb/

año)

LwLbLt

Se observa que las diferencias entre las emisiones en tanques de distintos colores de

deben básicamente a las emisiones permanentes, ya que las emisiones por trabajo apenas se ven afectadas. De este modo se tiene que los tanques con menores emisiones son los blancos y los de color aluminio especular, lo cual resulta lógico atendiendo a que son los que menor índice de absorción de la luz presentan.





• Sensibilidad al estado superficial de la carcasa

Los resultados obtenidos para las dos situaciones posibles (estado superficial bueno y estado superficial malo) se presentan en la Tabla 4.8 y en la Figura 4.8.

TABLA 4.8

SENSIBILIDAD AL ESTADO SUPERFICIAL DE LA CARCASA. TANQUES DE TECHO FIJO

Estado superficial de la carcasa Bueno Malo

LW (lb/año) 76.262 78.146 Lb (lb/año) 168.610 197.206 LT (lb/año) 244.872 275.353

FIGURA 4.8

SENSIBILIDAD AL ESTADO SUPERFICIAL DE LA CARCASA. TANQUES DE TECHO FIJO

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

Bueno Malo

Pérd

idas

(lb/

año)

LwLbLt

Se aprecia que las emisiones permanentes son sensiblemente menores en tanques con

un estado superficial de la carcasa en buenas condiciones, siendo muy parecidas las pérdidas por trabajo en ambos casos.





• Sensibilidad al color del techo

Al igual que en el caso del análisis de sensibilidad al color de la carcasa, se han estimado las emisiones en tanques con los colores presentes en la base de datos del programa, que son los mismos que para el caso del color de la carcasa. Los resultados obtenidos son los que a continuación se muestran:

TABLA 4.9

SENSIBILIDAD AL COLOR DEL TECHO. TANQUES DE TECHO FIJO

Color del techo Blanco Aluminio

especular Aluminio


LW (lb/año) 76.262 78.708 81.101 80.411 82.027 84.501 Lb (lb/año) 168.610 205.813 242.969 232.185 257.562 297.069 LT (lb/año) 244.872 284.521 324.070 312.596 339.589 381.570

FIGURA 4.9

SENSIBILIDAD AL COLOR DEL TECHO. TANQUES DE TECHO FIJO

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

450000


Pérd

idas

(lb/

año)

LwLbLt

Se observa que los resultados obtenidos son idénticos a los correspondientes al color de

la carcasa, debido a que el software TANKS 4.0.9d emplea las mismas ecuaciones para contabilizar los efectos del color del tanque en las emisiones del tanque. Por tanto, son aplicables los comentarios realizados en el estudio de la sensibilidad del color de la carcasa.





• Sensibilidad al estados superficial del techo

Como sucede en el caso del estado superficial de la carcasa, TANKS 4.0.9d permite realizar la estimación de emisiones con techos en buenas y malas condiciones de pintura.

TABLA 4.10

SENSIBILIDAD AL ESTADO SUPERFICIAL DEL TECHO. TANQUES DE TECHO FIJO

Estado superficial del techo Bueno Malo

LW (lb/año) 76.262 78.146 Lb (lb/año) 168.610 197.206 LT (lb/año) 244.872 275.353

FIGURA 4.10

SENSIBILIDAD AL ESTADO SUPERFICIAL DEL TECHO. TANQUES DE TECHO FIJO

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

Bueno Malo

Pérd

idas

(lb/

año)

LwLbLt

Al igual que en el caso de color, se tienen las mismas emisiones que en el caso del

estado superficial del techo. • Sensibilidad al tipo de techo

A continuación se presentan las emisiones estimadas para los dos tipos de techo (cono y domo).





TABLA 4.11

SENSIBILIDAD AL TIPO DE TECHO. TANQUES DE TECHO FIJO

Tipo de techo Cono Domo LW (lb/año) 76.262 76.262 Lb (lb/año) 168.610 190.820 LT (lb/año) 244.872 267.082

FIGURA 4.11

SENSIBILIDAD AL TIPO DE TECHO. TANQUES DE TECHO FIJO

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

Cono Domo

Pérd

idas

(lb/

año)

LwLbLt

Se observa que las emisiones permanentes son iguales en ambos casos, mientras que

las emisiones por respiración son un 11 % mayores en tanques de techo tipo domo.

• Sensibilidad al tarado de las válvulas

Para estudiar la sensibilidad al tarado de las válvulas de los tanques de techo fijo, se han realizado simulaciones con distintas presiones de tarado, cuyos resultados se muestran en la Tabla 4.12 y en la Figura 4.12.





TABLA 4.12

SENSIBILIDAD AL TARADO DE LAS VÁLVULAS. TANQUES DE TECHO FIJO

Tarado de las válvulas (Psig) 0 0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

LW (lb/año) 76.262 76.262 76.262 76.262 76.262 76.262 76.262 Lb (lb/año) 173.091 165.623 158.155 143.218 128.282 113.346 98.410 LT (lb/año) 249.353 241.885 2344.17 219.480 204.544 189.608 174.672

FIGURA 4.12

SENSIBILIDAD AL TARADO DE LAS VÁLVULAS. TANQUES DE TECHO FIJO

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

0 0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Presión de tarado (psig)

Pérd

idas

(lb/

año)

LwLbLt

Se observa que las emisiones por trabajo son constantes y las emisiones por respiración descienden sensiblemente al aumentar la presión de tarado de las válvulas, ya que al aumentar la presión de tarado de las válvulas se necesitan mayores variaciones de presión en el interior del tanque para que se disparen las válvulas. Sin embargo, tener una presión de tarado de las válvulas más alta supone una disminución en la seguridad del tanque.

La tendencia de las pérdidas totales es de tipo cuadrática, de acuerdo con la ecuación

y = -889,02·x2 - 5690,3·x + 256822, con un coeficiente de regresión R2 = 0,9972, donde y son las emisiones totales (lb/año) y x la presión de tarado de las válvulas (psig).





• Sensibilidad al tipo de sustancia almacenada

Se han estimado las emisiones de varias sustancias pertenecientes a la base de datos de TANKS 4.0.9d y que son normalmente almacenados en refinerías.

TABLA 4.13

SENSIBILIDAD AL TIPO DE SUSTANCIA ALMACENADA. TANQUES DE TECHO FIJO

Sustancia Crudo F.O. Nº2 F.O. Nº6 Gasolina RVP6

Gasolina RVP 7

Gasolina RVP 8

Gasolina RVP 9

LW (lb/año) 76.262 593 6 143.036 167.410 194.299 218.321 Lb (lb/año) 168.610 1.443 14 245.825 288.096 338.239 388.037 LT (lb/año) 244.872 2.036 20 388.861 455.506 532.538 606.358

TABLA 4.13 (CONT. I)


Sustancia Gasolina RVP 10

Gasolina RVP 11

Gasolina RVP 12

Gasolina RVP 13 Keroseno Nafta

LW (lb/año) 241.883 264.940 287.452 304.476 753 71.631 Lb (lb/año) 442.822 503.954 573.194 642.531 1.832 130.820 LT (lb/año) 684.705 768.894 860.646 947.007 2.585 202.451

TABLA 4.13 (CONT. II)


Sustancia o-xileno m-xileno tolueno hexano heptano etanol LW (lb/año) 5.303 6.746 21.412 116.269 43.153 21.310 Lb (lb/año) 12.786 16200 48.879 226.418 94.344 48.449 LT (lb/año) 18.089 22.946 70.291 342.687 137.497 69.759





FIGURA 4.13


0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

800000

900000

1000000

Crudo

F.O. N

º2

F.O. N

º6

Gasoli

na R

VP6

Gasoli

na R

VP 7

Gasoli

na R

VP 8

Gasoli

na R

VP 9

Gasoli

na R

VP 10

Gasoli

na R

VP 11

Gasoli

na R

VP 12

Gasoli

na R

VP 13

Kerose

noNaft

a

o-xile

no

m-xilen

o

tolue

no

hexa

no

hepta

noeta

nol

Pérd

idas

(lb/

año)

LwLbLt

De esta forma se pone de manifiesto la gran diferencia que hay, en cuanto a emisiones se

refiere, entre almacenar sustancias con altas volatilidades como las gasolinas y sustancias con baja volatilidad como el fueloil.





4.1.2 Emisiones en tanques de techo flotante externo

Para el caso de tanques de techo flotante, el programa distingue entre los siguientes tipos de emisiones:

- Lrs Pérdidas en el sello - Lw Pérdidas en las paredes - Ldf Pérdidas en los accesorios de la cubierta - Lds Pérdidas en las juntas de la cubierta - LT Pérdidas totales

Se ha seguido la misma metodología para realizar los análisis de sensibilidad

correspondientes que en el caso anterior, esto es, variar el parámetro objeto de estudio dejando todos los demás constantes.

Los valores de los parámetros del caso base a partir del cual se han realizado los

análisis de sensibilidad son los siguientes: Construcción del tanque

- Diámetro: 215 ft - Volumen del tanque: 14396976 gal - Número de trasiegos al año: 2 - Condiciones de carcasa interna: ligeramente oxidado. - Color: blanco - Tipo de techo: pontón - Construcción del tanque: soldado - Sello primario: zapata mecánica - Sello secundario: ninguno

Factores climáticos


Sustancia almacenada: crudo

• Sensibilidad al diámetro del tanque

Se han realizado estimaciones de emisiones para varios diámetros del tanque, obteniéndose los resultados que a continuación se muestran:





TABLA 4.14

SENSIBILIDAD AL DIÁMETRO DEL TANQUE. TANQUES DE TECHO FLOTANTE EXTERNO

Diámetro del tanque (ft) 145 160 185 200 215 230 245 260

Lrs (lb/año) 3.953 4.362 5.044 5.452 5.861 6.270 6.679 7.088 Lw (lb/año) 197 179 154 143 133 124 117 110 Ldf (lb/año) 1.882 1.902 1.962 1.978 2.011 2.044 2.082 2.101 Lds (lb/año) 0 0 0 0 0 0 0 0 LT (lb/año) 6.032 6.442 7.160 7.574 8.005 8.439 8.878 9.299

FIGURA 4.14

SENSIBILIDAD AL DIÁMETRO DEL TANQUE. TANQUES DE TECHO FLOTANTE EXTERNO

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

145 160 185 200 215 230 245 260

Diámetro (ft)

Pérd

idas

(lb/

año)

LrsLwLdfLt

Se observa que, independientemente del diámetro, las mayores emisiones son las emisiones a través del sello, teniéndose un aumento muy acusado de éstas al aumentar el diámetro. Las emisiones a través de la pared y de los accesorios de la cubierta se mantienen prácticamente constantes, disminuyendo las primeras al aumentar el diámetro y aumentando las segundas, pero siempre de forma casi inapreciable. Como consecuencia de esto se tienen unas emisiones totales paralelas a las emisiones en el sello.





• Sensibilidad al volumen almacenado

Para el caso de tanques de techo flotante, el programa TANKS no permite introducir datos de altura del tanque. De este modo, la única variable relacionada con las dimensiones del tanque, además del diámetro, es el volumen almacenado. Debido a ello, puede entenderse que la dependencia de las emisiones al volumen almacenado es similar a la dependencia a la altura del tanque, siempre y cuando el diámetro del tanque pertenezca constante. Los resultados de las simulaciones realizadas se muestran en la Tabla 4.15 y Figura 4.15:

TABLA 4.15

SENSIBILIDAD AL VOLUMEN ALMACENADO. TANQUES DE TECHO FLOTANTE EXTERNO

Volumen almacenado (gal) 10863255 12221162 13579069 14936976

Lrs (lb/año) 5.861 5.861 5.861 5.861 Lw (lb/año) 97 109 121 133 Ldf (lb/año) 2.011 2.011 2.011 2.011 Lds (lb/año) 0 0 0 0 LT (lb/año) 7.969 7.981 7.993 8.005

FIGURA 4.15

SENSIBILIDAD AL VOLUMEN ALMACENADO. TANQUES DE TECHO FLOTANTE EXTERNO

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10863255 12221162 13579069 14936976

Volumen (gal)

Pérd

idas

(lb/

año)

LrsLwLdfLt





Se tiene que las emisiones en el sello y en los accesorios de la cubierta son independientes del volumen almacenado. Las pérdidas en las paredes aumentan levemente con el volumen almacenado, lo cual parece lógico, ya que cuanto más alto sea el tanque mayor será la superficie de pared que quede impregnada de líquido almacenado. Como resultado de ello, se tiene que las emisiones se mantienen prácticamente constantes al variar el volumen almacenado.


Se han realizado estimaciones con trasiegos entre 0,5 y 3 al año al objeto de estudiar la influencia que la frecuencia de las operaciones de llenado y vaciado tienen sobre las emisiones de COV´s.

TABLA 4.16

SENSIBILIDAD AL NÚMERO DE TRASIEGOS. TANQUES DE TECHO FLOTANTE EXTERNO

Número de trasiegos al año 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Lrs (lb/año) 5.861 5.861 5.861 5.861 5.861 5.861 Lw (lb/año) 33 66 100 133 160 199 Ldf (lb/año) 2.011 2.011 2.011 2.011 2.011 2.011 Lds (lb/año) 0 0 0 0 0 0 LT (lb/año) 7.905 7.939 7.972 8.005 80.32 8.071





FIGURA 4.16

SENSIBILIDAD AL NÚMERO DE TRASIEGOS. TANQUES DE TECHO FLOTANTE EXTERNO

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

0,5 1 1,5 2 2,5 3


Pérd

idas

(lb/

año)

LrsLwLdfLt

Se observa que la única dependencia al número de trasiegos se produce en las pérdidas

en las paredes. Al ser éstas las menos significativas, su aumento tiene poca influencia en las emisiones totales es mínimo. Por tanto, puede concluirse que las emisiones totales de COV´s en tanques de techo flotante externo son prácticamente independientes del número de trasiegos.

• Sensibilidad a las condiciones de la carcasa interna

TANKS 4.0.9d permite realizar el cálculo de emisiones con distintas condiciones de la carcasa interna del tanque: ligeramente oxidado, oxidado denso y revestimiento gunitado. Los resultados de las emisiones estimadas se exponen en la Tabla 4.17 y Gráfica 4.17.

TABLA 4.17

SENSIBILIDAD A LAS CONDICIONES DE LA CARCASA INTERNA. TANQUES DE TECHO FLOTANTE EXTERNO

Condiciones de la carcasa interna

Ligeramente oxidado

Oxidado denso

Revestimiento gunitado

Lrs (lb/año) 5.861 5.861 5.861 Lw (lb/año) 133 664 13.290 Ldf (lb/año) 2.011 2.011 2.011 Lds (lb/año) 0 0 0 LT (lb/año) 8.005 8.536 21.162





FIGURA 4.17

SENSIBILIDAD A LAS CONDICIONES DE LA CARCASA INTERNA. TANQUES DE TECHO FLOTANTE EXTERNO

0

5000

10000

15000

20000

25000

Ligeramente oxidado Oxidado denso Revestimiento gunitado

Pérd

idas

(lb/

año)

LrsLwLdfLt

Se aprecia que tanto las emisiones en el sello como en los dispositivos de la carcasa son

idénticas en los tres tipos de pared interna. Sin embargo, se tiene que las emisiones en la pared son muy superiores en tanques con carcasa interna con revestimiento gunitado que en tanques con carcasa interna con superficie oxidada. De éstos últimos, son los de pared interna ligeramente oxidada los que menores emisiones presenta.

Por tanto, en tanques con revestimiento gunitado se tienen unas emisiones totales muy

superiores a las de carcasa interna oxidada. • Sensibilidad al color de la carcasa

Como en el caso de tanques de techo fijo, se realiza una estimación de emisiones para todos los colores de carcasa incluidos en la base de datos de TANKS 4.0.9d: blanco, aluminio especular, aluminio difuso, gris claro, gris medio y rojo.





TABLA 4.18

SENSIBILIDAD AL COLOR DE LA CARCASA. TANQUES DE TECHO FLOTANTE EXTERNO


especular Aluminio



FIGURA 4.18

SENSIBILIDAD AL COLOR DE LA CARCASA. TANQUES DE TECHO FLOTANTE EXTERNO

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000


Pérd

idas

(lb/

año)

LrsLwLdfLt

Al igual que en el caso de tanques de techo fijo, los colores más claros son los que

menores emisiones presentan, siendo los tanques de color blanco los que emiten menos a la atmósfera.

En este sentido es importante destacar que, debido a la menor magnitud de las

emisiones, la influencia del color del tanque en tanques de techo flotante externo es menor que en el caso de tanques de techo fijo. En efecto, para el caso de tanques de techo fijo se tienen emisiones totales del orden de 25.000 lb/año para tanques blancos y del orden de 38.000 lb/año para tanques rojos, mientras que para tanques de techo flotante se tienen emisiones totales de 8.000 lb/año y de 10.000 lb año. Es decir, para el





caso de tanques de techo fijo se tiene una diferencia de emisiones entre tanques blancos y tanques rojos del 35 %, mientras que para tanques de techo flotante externo se tiene una diferencia de emisiones del 20 %.


Se realizan estimaciones de emisiones con superficies de carcasa en buen y mal estado, obteniéndose los resultados siguientes:

TABLA 4.19

SENSIBILIDAD AL ESTADO SUPERFICIAL DE LA CARCASA. TANQUES DE TECHO FLOTANTE EXTERNO


Lrs (lb/año) 5.861 6.192 Lw (lb/año) 133 133 Ldf (lb/año) 2.011 2.124 Lds (lb/año) 0 0 LT (lb/año) 8.005 8.450

FIGURA 4.19

SENSIBILIDAD AL ESTADO SUPERFICIAL DE LA CARCASA. TANQUES DE TECHO FLOTANTE EXTERNO

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

Bueno Malo

Pérd

idas

(lb/

año)

LrsLwLdfLt





Obviamente, se tiene que los tanques con buen estado superficial presentan menores emisiones. Sin embargo, cabe señalar que la diferencia que, en cuanto a emisiones se refiere, existe entre ambos estados superficiales es más acusada en tanques de techo fijo que en tanques de techo flotante externo.

Debido a ello, en el mantenimiento de las condiciones de la pintura de los tanques sería conveniente prestar una mayor atención a los tanques de techo fijo, pues es en éstos en los que se conseguirían una mayor disminución de emisiones si se pasa de tener un estado superficial malo a uno bueno.

• Sensibilidad al tipo de techo

Para tanques de techo flotante externo, existen dos opciones de tipos de cubiertas a aplicar en el programa: techo tipo pontón y tipo doble cubierta.

TABLA 4.20

SENSIBILIDAD AL TIPO DE TECHO. TANQUES DE TECHO FLOTANTE EXTERNO

Tipo de techo Pontón Doble cubiertaLrs (lb/año) 5.861 5.861 Lw (lb/año) 133 133 Ldf (lb/año) 2.011 1.922 Lds (lb/año) 0 0 LT (lb/año) 8.005 7.916





FIGURA 4.20

SENSIBILIDAD AL TIPO DE TECHO. TANQUES DE TECHO FLOTANTE EXTERNO

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

Pontón Doble cubierta

Pérd

idas

(lb/

año)

LrsLwLdfLt

De los resultados se puede deducir que las emisiones son similares con ambos tipos de

techo. Las pérdidas en las paredes y en el sello son idénticas, mientras que las pérdidas en accesorios de la cubierta son ligeramente superiores en las cubiertas tipo pontón.

• Sensibilidad a la construcción del tanque

Para tanques de techo flotante externo, TANKS distingue entre tanques soldados y remachados. Las emisiones estimadas para ambos tipos de tanques se muestran en las Tabla y Figura siguientes:

TABLA 4.21

SENSIBILIDAD A LA CONSTRUCCIÓN DEL TANQUE. TANQUES DE TECHO FLOTANTE EXTERNO

Construcción del tanque Soldado Remachado






FIGURA 4.21

SENSIBILIDAD A LA CONSTRUCCIÓN DEL TANQUE. TANQUES DE TECHO FLOTANTE EXTERNO

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Soldado Remachado

Pérd

idas

(lb/

año)

LrsLwLdfLt

De acuerdo con estos resultados, se tiene que los tanques soldados presentan emisiones

sensiblemente menores que los tanques remachados. Mientras que las emisiones en paredes y accesorios de la cubierta son similares en ambos casos, las pérdidas en el sello son más importantes en tanques remachados que en tanques soldados.

• Sensibilidad al tipo de sello primario

El programa tiene la posibilidad de trabajar con tres tipos de sellos primarios: calza mecánica, montado sobre el líquido y montado sobre el vapor. La Tabla 4.22 y Figura 4.22 comparan los resultados de la estimación de emisiones en tanques similares con la única diferencia del tipo de sello primario.

TABLA 4.22

SENSIBILIDAD AL TIPO DE SELLO PRIMARIO. TANQUES DE TECHO FLOTANTE EXTERNO

Sello primario

Calza mecánica

Montado sobre el líquido

Montado sobre el vapor

Lrs (lb/año) 5.861 1.778 18.485 Lw (lb/año) 133 133 133 Ldf (lb/año) 2.011 2.009 2.009 Lds (lb/año) 0 0 0 LT (lb/año) 8.005 3.921 20.627





FIGURA 4.22

SENSIBILIDAD AL TIPO DE SELLO PRIMARIO. TANQUES DE TECHO FLOTANTE EXTERNO

0

5000

10000

15000

20000

25000

Mechanical shoe Liquid mounted vapor mounted

Pérd

idas

(lb/

año)

LrsLwLdfLt

Se observa que las emisiones en la pared y en los accesorios de la cubierta son

prácticamente similares para los tres tipos de sello primario, siendo las pérdidas en el sello las que marcan las diferencias de emisiones entre los tres tipos de sellos primarios. De este modo se tiene que los tanques con sello primario del tipo montado sobre el líquido son las que menos emisiones presentan. Los tanques con sellos del tipo calza mecánica presentan aproximadamente el doble de emisiones. Sin duda, son los tanques con sello tipo montado sobre el vapor los que más emiten, del orden de 5 veces más que los tanques con sello montado sobre el líquido.

• Sensibilidad al tipo de sello secundario

Se contemplan tres posibilidades a la hora de seleccionar el tipo de sello secundario: no poner ningún tipo de sellos secundario, poner sello secundario tipo montado sobre la calza mecánica y poner sello secundario del tipo montado sobre la corona.





TABLA 4.23

SENSIBILIDAD AL TIPO DE SELLO SECUNDARIO. TANQUES DE TECHO FLOTANTE EXTERNO

Sello secundario Ninguno Montado sobre

calza

Montado sobre la corona

Lrs (lb/año) 5.861 2.074 848 Lw (lb/año) 133 133 133 Ldf (lb/año) 2.011 2.011 2.011 Lds (lb/año) 0 0 0 LT (lb/año) 8.005 4.217 2.991

FIGURA 4.23

SENSIBILIDAD AL TIPO DE SELLO SECUNDARIO. TANQUES DE TECHO FLOTANTE EXTERNO

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

Ninguno Shoe mounted Rim-mounted

Pérd

idas

(lb/

año)

LrsLwLdfLt

Lógicamente, se tiene que desde el punto de vista ambiental es mejor usar sello

secundario. De entre los dos tipos de sellos secundarios que son considerados en TANKS, vemos que con el sello secundario de tipo montado sobre calza tiene una reducción de emisiones de aproximadamente un 50 %, mientras que con el sello tipo corona montada se consigue reducir las emisiones en torno a un 62% respecto a los tanques que no emplean sello secundario.






En este caso se procede de forma similar al caso de tanques de techo fijo, realizando estimaciones de emisiones en tanques de techo flotante en condiciones similares almacenando varias de las sustancias contenidas en la base de datos de TANKS 4.0.9d.

TABLA 4.24

SENSIBILIDAD AL TIPO DE SUSTANCIA ALMACENADA. TANQUES DE TECHO FLOTANTE EXTERNO

Sustancia Crudo F.O. Nº2 F.O. Nº6 Gasolina

RVP6 Gasolina

RVP 7 Gasolina

RVP 8 Lrs (lb/año) 5.861 76 0,74 20.663 24.777 29.504 Lw (lb/año) 133 33 37 26 26 26 Ldf (lb/año) 2.011 26 0,25 7.088 8.500 10.121 Lds (lb/año) 0 0 0 0 0 0 LT (lb/año) 8.005 136 38 27.777 33.304 39.652

TABLA 4.24 (CONT. I)



Gasolina RVP 10

Gasolina RVP 11

Gasolina RVP 12

Gasolina RVP 13 Keroseno

Lrs (lb/año) 34.064 38.840 43.862 49.161 53.913 97 Lw (lb/año) 26 26 26 26 26 33 Ldf (lb/año) 11.686 13.324 15.047 16.865 18.495 33 Lds (lb/año) 0 0 0 0 0 0 LT (lb/año) 45.775 52.191 58.935 66.052 77.434 163

TABLA 4.24 (CONT. II)


Sustancia Nafta o-xileno m-xileno tolueno hexano heptano etanol Lrs (lb/año) 9.665 684 871 2.788 16.092 5.678 2.809 Lw (lb/año) 30 34 34 34 26 27 31 Ldf (lb/año) 3.315 235 299 956 5.520 1.948 964 Lds (lb/año) 0 0 0 0 0 0 0 LT (lb/año) 13.010 953 1.203 3.779 21.638 7.653 3.803





FIGURA 4.24


0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

Crudo F.O. Nº6 GasolinaRVP 7

GasolinaRVP 9

GasolinaRVP 11

GasolinaRVP 13

Nafta m-xileno hexano etanol

Pérd

idas

(lb/

año)

LrsLwLdfLt

Análogamente a lo comentado en tanques de techo fijo, los resultados obtenidos en las

distintas estimaciones son los esperados, variando las emisiones principalmente en función de la volatilidad de la sustancia almacenada. La comparación con los resultados de tanques de techo fijo se realizará en el apartado 4.1.4.





4.1.3 Emisiones en tanques de techo flotante interno

Para el caso de tanques de techo flotante interno, el programa distingue los mismos tipos de emisiones que en el caso de tanque de techo flotante externo, a saber:

- Lrs Pérdidas en el sello - Lw Pérdidas en las paredes - Ldf Pérdidas en los accesorios de la cubierta - Lds Pérdidas en las juntas de las cubiertas - LT Pérdidas totales

Se ha seguido la misma metodología para realizar los análisis de sensibilidad

correspondientes que en los casos anteriores, esto es, variar el parámetro objeto de estudio dejando todos los demás constantes.

Los valores de los parámetros del caso base a partir del cual se han realizado los

análisis de sensibilidad son los siguientes:

• Construcción del tanque

- Diámetro: 215 ft - Volumen del tanque: 14396976 gal - Número de trasiegos al año: 2 - Condiciones de carcasa interna: ligeramente oxidado. - Color de la carcasa externa: blanco - Estado superficial de la carcasa externa: bueno - Color del techo: blanco - Estado superficial del techo: bueno - Tipo de techo: soldado - Sello primario: zapata mecánica - Sello secundario: ninguno

• Factores climáticos


• Sustancia almacenada: crudo





• Sensibilidad al diámetro del tanque

Los resultados de las distintas simulaciones en las que se ha variado el diámetro se muestran en la Tabla 4.25 y en la Figura 4.25.

TABLA 4.25

SENSIBILIDAD AL DIÁMETRO DEL TANQUE. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO

Diámetro Del tanque 145 160 185 200 215 230 245 260

Lrs (lb/año) 982 1.083 1.252 1.354 1.455 1.557 1.658 1.760 Lw (lb/año) 197 179 154 143 133 124 117 110 Ldf (lb/año) 587 670 826 928 1.039 1.158 1.278 1.407 Lds (lb/año) 0 0 0 0 0 0 0 0 LT (lb/año) 1.765 1.931 2.233 2.425 2.627 2.839 3.053 3.277

FIGURA 4.25

SENSIBILIDAD AL DIÁMETRO DEL TANQUE. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

145 160 185 200 215 230 245 260

Diámetro (ft)

Pérd

idas

(lb/

año)

LrsLwLdfLt

Sobre estos valores cabe comentar lo siguiente:

- Las pérdidas en la pared disminuyen ligeramente al aumentar el diámetro, siendo muy reducido su aporte a las emisiones totales. De acuerdo con los valores expuestos en





la Tabla 4.14 y representados en la Figura 4.14 se puede observar como las emisiones en la pared son similares en tanques de techo flotante externo e interno.

- Las emisiones en los accesorios de la cubierta aumentan de forma aproximadamente

lineal al aumentar el diámetro, teniéndose una dependencia del diámetro mucho más acusada que en el caso de tanques de techo flotante externo.

- La evolución de las pérdidas en el sello sufre una variación respecto al diámetro

similar al caso de tanques de techo flotante, es decir, aumento lineal de las emisiones respecto al diámetro.

- Debido a la mayor pendiente de la recta (aproximada) de emisiones en los accesorios

de la carcasa que en el caso de tanques de techo flotante, se tiene una mayor dependencia de las emisiones totales respecto al diámetro del tanque en tanques de techo interno. Aunque, no obstante, es importante recordar que la cuantía de estas emisiones son 3 veces inferiores al caso de techo flotante externo.

• Sensibilidad al volumen almacenado

Al igual que en el caso de tanques de techo flotante externo, TANKS no permite introducir datos de altura del tanque. De este modo, la única variable relacionada con las dimensiones del tanque, además del diámetro, es el volumen almacenado. Debido a ello, puede entenderse que la dependencia de las emisiones al volumen almacenado es similar a la dependencia a la altura del tanque, siempre y cuando el diámetro del tanque pertenezca constante.

TABLA 4.26

SENSIBILIDAD AL VOLUMEN ALMACENADO. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO

Volumen almacenado (gal) 10.863.255 12.221.162 13.579.069 14.936.976

Lrs (lb/año) 1.455 1.455 1.455 1.455 Lw (lb/año) 97 109 121 133 Ldf (lb/año) 1.038 1.038 1.038 1.038 Lds (lb/año) 0 0 0 0 LT (lb/año) 2.591 2.603 2.614 2.626





FIGURA 4.26

SENSIBILIDAD AL VOLUMEN ALMACENADO. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

10863255 12221162 13579069 14936976

Volumen (gal)

Pérd

idas

(lb/

año)

LrsLwLdfLt

Al igual que en el caso de la sensibilidad al volumen almacenado en tanques de techo

flotante externo, se tiene que las emisiones en el sello de la corona y en los accesorios de a cubierta son independientes del volumen almacenado, mientras que las emisiones en las paredes aumentan levemente al aumentar el volumen almacenado. En consecuencia, se tiene que al variar el volumen almacenado se tiene que las emisiones se mantienen prácticamente constantes.


Se han realizado estimaciones con trasiegos entre 0,5 y 3 al año al objeto de estudiar la influencia que la frecuencia de las operaciones de llenado y vaciado tienen sobre las emisiones de COV´s. Los resultados de las simulaciones se muestran en la Tabla 4.27 y la Figura 4.27:





TABLA 4.27

SENSIBILIDAD AL NÚMERO DE TRASIEGOS. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO

Número de trasiegos al año 0,5 1 1,5 2 2,5 3


FIGURA 4.27

SENSIBILIDAD AL NÚMERO DE TRASIEGOS. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0,5 1 1,5 2 2,5 3


Pérd

idas

(lb/

año)

LrsLwLdfLt

Obsérvese que tanto las pérdidas en el sello como las pérdidas en las paredes son

independientes del número de trasiegos. Únicamente se observa una dependencia respecto al número de trasiegos de las pérdidas en las paredes, dándose un aumento lineal de éstas al aumentar el número de trasiegos.

Debido a que las pérdidas en las paredes son las que en menor medida contribuyen a las

emisiones totales, se tiene que las emisiones totales aumentan muy ligeramente al aumentar el número de trasiegos.





• Sensibilidad al hecho de que el techo sea autosoportado o no

El techo fijo del tanque de techo flotante interno puede ser soportado por columnas (techo soportado por columnas o techo no autosoportado) o soportado por la pared del tanque (techo autosoportado). Los resultados de la estimación de emisiones para ambos casos se muestran en la Tabla y Figura siguientes.

TABLA 4.28

SENSIBILIDAD AL HECHO DE QUE EL TECHO SEA AUTOSOPORTADO. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO

¿Techo autosoportado? SÍ NO


FIGURA 4.28

SENSIBILIDAD AL HECHO DE QUE EL TECHO SEA AUTOSOPORTADO. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

SÍ NO

Pérd

idas

(lb/

año)

LrsLwLdfLt

Se tiene que las emisiones en el sello son iguales en ambos casos y las pérdidas en la

pared son prácticamente iguales en ambos casos, siendo ligeramente superiores en tanques soportados por columnas.





En cambio, se tiene que las pérdidas en los accesorios de la cubierta en tanques con techos soportados por columnas duplican a las pérdidas de los tanques con techo autosoportados.

Por tanto, se tiene que las emisiones totales en tanques de techo autosoportado son un

33 % mayores que las pérdidas de en tanques de techo soportado por columnas. Teniendo en cuenta lo aquí indicado y lo señalado en el Capítulo 1 en la descripción de

los tipos de tanques, se deduce que los tanques de techo flotante externo que pasan flotante interno (techo autosoportado) presentan menores pérdidas que los tanques de techo fijo que pasan a ser de techo flotante interno (techos soportados con columnas).

No obstante, debido a que los tanques de techo fijo emiten mucho más que los tanques

de techo flotante externo, se conseguiría una mayor reducción de emisiones actuando sobre tanques de techo fijo.

• Sensibilidad a las condiciones de la carcasa interna

Análogamente al caso de tanques de techo flotante externo, TANKS 4.0.9d permite realizar el cálculo de emisiones con distintas condiciones de la carcasa interna del tanque: ligeramente oxidado, oxidado denso y revestimiento gunitado para tanques de techo flotante interno. Los resultados de las emisiones estimadas se exponen en la Tabla 4.29 y Gráfica 4.29.

TABLA 4.29

SENSIBILIDAD A LAS CONDICIONES DE LA CARCASA INTERNA. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO

Condiciones de la carcasa interna

Ligeramente oxidado

Oxidado denso

Revestimiento gunitado

Lrs (lb/año) 1.455 1.455 1.455 Lw (lb/año) 133 664 13.290 Ldf (lb/año) 1.038 1.038 1.038 Lds (lb/año) 0 0 0 LT (lb/año) 2.626 3.158 15.784





FIGURA 4.29

SENSIBILIDAD A LAS CONDICIONES DE LA CARCASA INTERNA. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

Ligeramente oxidado Oxidado denso Revestimiento gunitado

Pérd

idas

(lb/

año)

LrsLwLdfLt

Para el caso de superficie de la carcasa interna ligeramente oxidada y con oxidado denso

se aprecia que las emisiones prácticamente iguales. Únicamente se aprecian diferencias en las emisiones en la pared, siendo las emisiones con paredes ligeramente oxidadas 5 veces superior a las emisiones en tanques de pared interna con oxidado denso. Pero el hecho de que las pérdidas en la pared son las de menor aportación a las emisiones totales se tiene que las emisiones en tanque con carcasa interna ligeramente oxidada y con oxidado denso hace que se pueda asumir que las emisiones en ambos casos son similares.

En cambio, los tanques con carcasa interna con revestimiento gunitado presenta emisioes

de 5 a 7 veces superiores. • Sensibilidad al color de la carcasa

Como en los dos caso anteriores, se realiza una estimación de emisiones para todos los colores de carcasa incluidos en la base de datos de TANKS 4.0.9d: blanco, aluminio especular, aluminio difuso, gris claro, gris medio y rojo.





TABLA 4.30

SENSIBILIDAD AL COLOR DE LA CARCASA. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO


especular Aluminio



FIGURA 4.30

SENSIBILIDAD AL COLOR DE LA CARCASA. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500


Pérd

idas

(lb/

año)

LrsLwLdfLt

Al igual que en los casos anteriores, los colores más claros son los que menores emisiones presentan, siendo los tanques de color blanco los que emiten menos a la atmósfera.

No obstante, en el caso de tanques de techo interno se tiene que el parámetro color de la

carcasa influye menos en las emisiones que en los casos anteriores, fundamentalmente que en el caso de tanques de techo fijo. De este modo se tiene que la diferencia entre tanques de color blanco (los que menos emiten) y tanques de color rojo (los que más emiten) es de tan sólo de un 10%.






Se realizan estimaciones de emisiones con superficies de carcasa en buen y mal estado, obteniéndose los resultados siguientes:

TABLA 4.31

SENSIBILIDAD AL ESTADO SUPERFICIAL DE LA CARCASA. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO



FIGURA 4.31

SENSIBILIDAD AL ESTADO SUPERFICIAL DE LA CARCASA. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Bueno Malo

Pérd

idas

(lb/

año)

LrsLwLdfLt

Obviamente, se tiene que los tanques con buen estado superficial presentan menores emisiones. Sin embargo, cabe señalar que la diferencia que, en cuanto a emisiones se refiere, existe entre ambos estados superficiales es más acusada en los casos anteriores (sobre todo en tanques de techo fijo) que en tanques de techo flotante interno.





De este modo se tiene que, debido a la menor magnitud de las emisiones en tanques de techo flotante interno, la reducción de emisiones que se consigue al pasar de un estado superficial de la carcasa malo a un estado superficial bueno suponen una reducción de un 2%.

• Sensibilidad al color del techo

Se han estimado las emisiones en tanques con los colores presentes en la base de datos del programa, que son los mismos que para el caso del color de la carcasa. Los resultados obtenidos son los que a continuación se muestran:

TABLA 4.32

SENSIBILIDAD AL COLOR DEL TECHO. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO

Color del techo Blanco Aluminio

especular Aluminio



FIGURA 4.32

SENSIBILIDAD AL COLOR DEL TECHO. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500


Pérd

idas

(lb/

año)

LrsLwLdfLt





Se observa que los resultados obtenidos son idénticos a los correspondientes al color de la carcasa, debido a que el software TANKS 4.0.9d emplea las mismas ecuaciones para estimar los efectos del color del techo que para estimar los efectos del color de la carcasa. Por tanto, son aplicables los comentarios realizados en el estudio de la sensibilidad del color de la carcasa en tanques de techo flotante interno.

• Sensibilidad al estado superficial del techo

Como sucede en el caso del estado superficial de la carcasa, TANKS 4.0.9d permite realizar la estimación de emisiones con techos en buenas y malas condiciones de pintura.

TABLA 4.33

SENSIBILIDAD AL ESTADO SUPERFICIAL DEL TECHO. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO

Estado superficial del techo Bueno Malo


FIGURA 4.33

SENSIBILIDAD AL ESTADO SUPERFICIAL DEL TECHO. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Bueno Malo

Pérd

idas

(lb/

año)

LrsLwLdfLt





Debido a que emplean las mismas ecuaciones, se tiene que las emisiones con estado superficial del techo bueno y malo son las mismas que en el caso del estado superficial de la carcasa. Por tanto, es aplicable lo comentado en este apartado sobre sensibilidad al estado superficial de la carcasa en tanques de techo flotante interno.

• Sensibilidad al tipo de sello primario

El programa tiene la posibilidad de trabajar con tres tipos de sellos primarios: calza mecánica, montado sobre el líquido, montado sobre el vapor. La Tabla 4.34 y Figura 4.34 comparan los resultados de la estimación de emisiones en tanques similares con la única diferencia del tipo de sello primario.

TABLA 4.34

SENSIBILIDAD AL TIPO DE SELLO PRIMARIO. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO

Tipo de sello primario

Calza mecánica

Montado sobre el líquido

Montado sobre el vapor

Lrs (lb/año) 1.455 401 1.681 Lw (lb/año) 133 133 133 Ldf (lb/año) 1.038 1.038 1.038 Lds (lb/año) 0 0 0 LT (lb/año) 2.626 1.572 2.853





FIGURA 4.34

SENSIBILIDAD AL TIPO DE SELLO PRIMARIO. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Mechanical shoe Liquid mounted vapor mounted

Pérd

idas

(lb/

año)

LrsLwLdfLt

Se observa que las emisiones en la pared y en los accesorios de la cubierta son similares

para los tres tipos de sello primario, siendo las pérdidas en el sello las que marcan las diferencias de emisiones entre los tres tipos de sellos primarios, lo cual parece bastante obvio. De este modo se tiene que los tanques con sello primario del tipo montado sobre el líquido son las que menos emisiones presentan, suponiendo una reducción del 46 % respecto a las emisiones de tanques con sello primario tipo montado sobre el vapor y de un 40 % respecto a las emisiones del sello tipo calza mecánica.

• Sensibilidad al tipo de sello secundario

TANKS 4.0.9d permite tres posibilidades a la hora de seleccionar el tipo de sello secundario: no poner ningún tipo de sellos secundario, poner sello secundario tipo zapata montada y poner sello secundario del tipo corona montada. Los resultados de la estimación de emisiones se muestran a continuación:





TABLA 4.35

SENSIBILIDAD AL TIPO DE SELLO SECUNDARIO. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO

Tipo de sello secundario Ninguno Montado

sobre calza

Montado sobre la corona

Lrs (lb/año) 1.455 401 151 Lw (lb/año) 133 133 133 Ldf (lb/año) 1.038 1.038 1.038 Lds (lb/año) 0 0 0 LT (lb/año) 2.626 1.573 1.322

FIGURA 4.35

SENSIBILIDAD AL TIPO DE SELLO SECUNDARIO. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Ninguno Shoe mounted Rim-mounted

Pérd

idas

(lb/

año)

LrsLwLdfLt

Lógicamente, se tiene que el empleo de de sello secundario implica una reducción de

emisiones. De entre los dos tipos de sellos secundarios que son considerados en TANKS, vemos que con el sello secundario de tipo montado sobre zapata se obtiene una reducción de emisiones de aproximadamente un 40%, mientras que con el sello tipo montado sobre la corona se consigue reducir las emisiones en torno a un 50% respecto a los tanques que no emplean sello secundario.





• Sensibilidad al tipo de cubierta

Para el caso de tanques de techo flotante interno, se puede realizar la estimación de emisiones con dos tipos distintos de construcción del tanque: soldada y atornillada. Las emisiones que se tienen en ambos casos son las que se muestran en la Tabla 4.36 y en la Figura 4.36.

TABLA 4.36

SENSIBILIDAD AL TIPO DE CUBIERTA. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO

Tipo de cubierta Soldada Atornillada

Lrs (lb/año) 1.455 1.455 Lw (lb/año) 133 133 Ldf (lb/año) 1.038 1.557 Lds (lb/año) 0 1.284 LT (lb/año) 2.626 4.429

FIGURA 4.36

SENSIBILIDAD AL TIPO DE CUBIERTA. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

Soldada Atornillada

Pérd

idas

(lb/

año) Lrs

LwLdfLdsLt

Lo primero que llama la atención es que las pérdidas en juntas de la cubierta (Lds) sólo

son distintas de cero en el caso de tanques atornillados. Vemos que tanto en todas la configuraciones de tanque flotante externo como en los tanques de techo flotante interno soldados las pérdidas en juntas de la cubierta son nulas.





Se observa que las emisiones en la pared y en la corona sellada son similares en ambos tipos de construcción. En cambio, se tiene que las pérdidas en los accesorios de la cubierta son un 50% mayores en tanques atornillados y que los tanques atornillados presentan unas emisiones en las juntas no despreciables. Por tanto, el resultado de lo aquí señalado es que los tanques de techo flotante interno de cubierta atornillada presentan unas emisiones que casi duplican a los tanques de cubierta soldada.


En este caso se procede de forma similar a los casos de tanques de techo fijo y tanques de techo flotante externo, realizando estimaciones de emisiones en tanques de techo flotante interno en condiciones similares almacenando varias de las sustancias contenidas en la base de datos de TANKS 4.0.9d.

TABLA 4.37

SENSIBILIDAD AL TIPO DE SUSTANCIA ALMACENADA. TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO

Sustancia Crudo F.O. Nº2 F.O. Nº6 Gasolina RVP6

Gasolina RVP 7

Gasolina RVP 8

Lrs (lb/año) 1.455 19 0,18 5.130 6.152 7.326 Lw (lb/año) 133 33 37 26 26 26 Ldf (lb/año) 1.038 14 0,13 3.661 4.390 5.227 Lds (lb/año) 0 0 0 0 0 0 LT (lb/año) 2.626 66 37 8.818 10.568 12.579

TABLA 4.37 (CONT I)



Gasolina RVP 10

Gasolina RVP 11

Gasolina RVP 12

Gasolina RVP 13 Keroseno

Lrs (lb/año) 8.458 9.644 10.891 12.207 13.386 24 Lw (lb/año) 26 26 26 26 26 32 Ldf (lb/año) 6.035 6.882 7.771 8.710 9.552 17 Lds (lb/año) 0 0 0 0 0 0 LT (lb/año) 14.519 16.552 18.688 20.943 22.965 74





TABLA 4.37 (CONT II)


Sustancia Nafta o-xileno m-xileno tolueno hexano heptano etanol Lrs (lb/año) 2.400 170 216 692 3.996 1.410 697 Lw (lb/año) 30 34 34 34 26 27 31 Ldf (lb/año) 1.712 121 154 494 2.851 1.006 498 Lds (lb/año) 0 0 0 0 0 0 0 LT (lb/año) 4.142 325 4.04 1.220 6.873 2.443 1.226

FIGURA 4.37


0

5000

10000

15000

20000

25000

Crudo F.O. Nº6 GasolinaRVP 7

GasolinaRVP 9

GasolinaRVP 11

GasolinaRVP 13

Nafta m-xileno hexano etanol

Pérd

idas

(lb/

año)

LrsLwLdfLt

Análogamente a lo comentado en los casos anteriores, los resultados obtenidos en las

distintas estimaciones son los esperados, variando las emisiones principalmente en función de la volatilidad de la sustancia almacenada. La comparación con los resultados de tanques de techo fijo se realiza en el apartado siguiente.





4.1.4 Comparación

En este apartado se pretende realizar una comparación entre las emisiones estimadas por TANKS 4.0.9d en tanques de techo fijo, techo flotante externo y techo flotante interno.

A continuación se presentan en tablas separadas las emisiones de sustancias más

volátiles y de sustancias menos volátiles, con el propósito de que pueda realizarse mejor la comparación gráfica en las figuras siguientes.

Para hacer la comparación se han seleccionado las dimensiones, propiedades y lo más

parecidas posible para cada tipo de tanque, dentro de lo posible, de forma que la comparación sea más significativa.

Aunque a priori, después de lo que se ha visto hasta aquí en lo referente a emisiones en

tanques de almacenamiento, se pueden intuir cuáles van a ser los resultados, esta comparación nos servirá para ver de forma cuantitativa cómo serían las emisiones de diferentes sustancias en distintos tipos de tanques en condiciones similares.

TABLA 4.38

COMPARACIÓN PARA SUSTANCIAS MÁS VOLÁTILES

Emisiones totales (lb/año) Tipo de tanque

Crudo Gasolina RVP6 Nafta Etanol

Techo fijo 244.872 388.861 20.2451 69.759 Techo flotante externo 8.005 27.777 13.010 3.803

Techo flotante interno 2.626 8.818 4.142 1.226

TABLA 4.39

COMPARACIÓN PARA SUSTANCIAS MENOS VOLÁTILES

Emisiones totales (lb/año) Tipo de tanque F.O. Nº2 F.O. Nº6 Keroseno

Techo fijo 2.036 20 2.585 Techo flotante externo 136 38 163

Techo flotante interno 66 37 74





FIGURA 4.38

COMPARACIÓN PARA SUSTANCIAS MÁS VOLÁTILES

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

450000

Crudo Gasolina RVP6 Nafta Etanol

Emisiones totales (lb/año)

Pérd

idas

(lb/

año)

Techo fijoTecho flotante externoTecho flotante interno

FIGURA 4.39

COMPARACIÓN PARA SUSTANCIAS MENOS VOLÁTILES

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

F.O. Nº2 F.O. Nº6 Keroseno

Emisiones totales (lb/año)

Pérd

idas

(lb/

año)

Techo fijoTecho flotante externoTecho flotante interno





Se puede apreciar en estas Tablas y Figuras que las emisiones en tanques de techo fijo son muy superiores, generalmente un orden de magnitud, que las emisiones en tanques de techo flotante, lo cual es bastante lógico. En cuanto a la comparación entre tanques de techo flotante externo e interno, se observa que las emisiones en tanques de techo flotante externo son entre 3 y 4 veces superiores a las emisiones en tanques de techo flotante interno.

Una excepción a esta tónica general son los resultados de la estimación de emisiones en el almacenamiento de fuel oil Nº6. Para este caso, el programa TANKS 4.0.9d estima que todas las emisiones son del mismo orden, siendo incluso menores en tanques de techo fijo. En cualquier caso, el hecho de que para los tres tipos de tanques se estimen unas emisiones anuales tan reducidas para almacenamiento de fuel oil Nº6 en comparación con otras sustancias hace que no deba darse mucha importancia a este hecho. No obstante, resulta especialmente llamativo que, de acuerdo con lo estimado por TANKS 4.0.9d, sea mejor desde el punto de vista ambiental usar tanques de techo fijo que tanques de techo flotante (externo o interno) para almacenar fuel oil N 6.





4.1.5 CONCLUSIONES

Del análisis de sensibilidad a los distintos parámetros de operación, propiedades de diseño de los que dependen las emisiones estimadas por TANKS 4.0.9d pueden extraerse las siguientes conclusiones:

• Las emisiones en tanques de techo fijo son muy superiores a las emisiones en tanques de techo flotante. En general, se tienen emisiones un orden de magnitud superior. A su vez, las emisiones estimadas en tanques de techo flotante externo son 3 ó 4 veces superiores a las estimadas para tanques de techo flotante interno.

Es decir, si se tiene un tanque de techo fijo y se pretende reducir las emisiones de COV´s sustituyéndolo por un tanque de techo flotante externo, se conseguiría una reducción de emisiones del 96,7%. En cambio, si se cambia de techo fijo a techo flotante interno, se alcanza un nivel de reducción de emisiones del 98,9%. Por otro lado, si se tiene un tanque de techo flotante externo y se sustituye por un tanque de techo flotante interno se consigue reducir las emisiones en un 67%.

• En lo referente a la sensibilidad al diámetro del tanque, en los tres tipos de tanques se da

un aumento lineal de las emisiones al aumentar el radio del tanque. De esta forma se tiene que, a igualdad de otros parámetros, al pasar de un tanque de 260 ft a uno de 145 ft se tiene una reducción de de emisiones del 69% en tanques de techo fijo, del 35% en tanques de techo flotante externo y del 46% en tanques de techo flotante interno.

• Sobre la dependencia de la altura del tanque en las emisiones, se observan dos

tendencias: por un lado, los tanques de techo fijo sufren un aumento lineal de emisiones al aumentar las emisiones la altura del tanque (a igualdad de los otros parámetros); y por otro, los emisiones en tanques de techo flotante no muestran dependencia alguna de la altura del tanque.

Esto se debe a que en las ecuaciones implementadas en TANKS tienen en cuenta la relación que existe entre las emisiones y el volumen de vapor entre la superficie del líquido y el techo del tanque. De este modo, en tanques de techo fijo, al variar el volumen de vapor se produce una variación de las emisiones. En cambio, se tiene que en los tanques de techo flotante el volumen de vapor es aproximadamente constante, independientemente de la altura del tanque, por lo que las emisiones tienen una vaga dependencia de la altura del tanque.

• Los resultados del análisis de sensibilidad al número de trasiegos muestran que,

lógicamente, las emisiones aumentan al aumentar el número de trasiegos. No obstante, este aumento es mucho más acusado en tanques de techo fijo que en tanques de techo flotante, poniéndose una vez más de manifiesto el efecto amortiguador de las perturbaciones del sistema que supone el techo flotante. Esto es, ante las perturbaciones que entran en el sistema al llevar a cabos los trasiegos (fundamentalmente cambios de nivel), los tanques de techo flotante responden con la subida o bajada del techo para





amortiguar los efectos de esas perturbaciones. De este modo se tiene una dependencia casi nula respecto al número de trasiegos en tanques de techo flotante.

• En tanques de techo fijo se observa que los tanques calentados presentan unas

emisiones un 15% inferiores a las de tanques no calentados, como consecuencia de que en tanques calentados disminuye sensiblemente la perturbación por variación de temperatura, ya que la temperatura es aproximadamente constante.

• Tanto el color de la carcasa en todos los tanques como el color del techo en tanques de

techo fijo y flotante interno influyen en las emisiones de COV´s. Se concluye del análisis de sensibilidad que los tanques con carcasa y/ techo de colores con mayor índice de reflexión de la luz (sobre todo blanco y aluminio especular) son los que menos emisiones presentan. Por el contrario, las mayores emisiones se dan en los tanques de colores con mayor índice de reflexión como gris medio o rojo.

La importancia del color de la carcasa y/o del techo es menor en tanques de techo flotante, ya que presentan emisiones menores que los de techo fijo y el rango entre las emisiones de los tanques del color que más emite y las de los tanques que emiten menos es más reducido. De aquí se deduce que es de vital importancia que los tanques de techo fijo sean de color blanco o aluminio especular, pues el hecho de que un tanque sea blanco en vez de gris medio puede suponer una diferencia de emisiones de COV´s de unas 100.000 lb/año. En tanques de techo flotante, sobre todo en el caso de tanques de techo flotante interno, los tanques de colores oscuros supondrían unas emisiones ligeramente superiores que en tanques claros (diferencias de hasta 2.000 lb/año en tanques de techo flotante interno y de hasta 300 lb/año para tanques de techo flotante externo). En cualquier caso, es recomendable emplear tanques de color blanco.

• Un análisis similar al del punto anterior puede realizarse al caso de estado superficial de

la carcasa y techo (en tanques de techo fijo y de techo flotante interno). Mientras en tanques de techo fijo es fundamental tener tanto carcasa como techo en buen estado, en tanques de techo flotante (máxime en tanques de techo flotante interno) el hecho de tener la carcasa y techo (en tanques de techo flotante externo) en mal estado supone un leve aumento de emisiones.

En el caso de techo fijo, los tanques con carcasa en buen estado tienen unas emisiones

un 36% inferiores a las emisiones que tendría ese mismo tanque pero con la carcasa en buen estado. Este porcentaje es del 20% en tanques de techo flotante externo y del 10% en tanques de techo flotante interno.

En términos absolutos, la diferencia de emisiones entre tanques con carcasa en buen

estado y tanques con carcasa en mal estado en el caso de techo fijo es de





136.700 lb/año. Esta diferencia es de 2.053 lb/año en el caso de tanques de techo flotante externo y de 308 lb/año para el caso de tanques de techo flotante interno.

• Los tanques de techo fijo tipo cono presentan menores emisiones que los tipo domo.

Concretamente, las emisiones en tanques de techo fijo de tipo cono son un 8% inferiores a las emisiones en tanques de techo fijo tipo domo.

• Al aumentar la presión de tarado de las válvulas de vacío/presión disminuyen las

emisiones en tanques de techo fijo. Lógicamente, al aumentar la presión de tarado de las válvulas mayor tienen que ser las perturbaciones en la presión del vapor para que éstas salten.

Sin embargo, el aumentar la presión de tarado de las válvulas hace que también aumente

el riesgo de explosión o incendio en el tanque. Por tanto, habrá que buscar una solución de compromiso entre la seguridad y el respeto al medio ambiente.

• En tanques de techo flotante, de los tres tipos de carcasa interna presentes en la base de

datos de TANKS, es el tipo ligeramente oxidado el que menores pérdidas presenta, siendo las pérdidas en tanques con carcasa de superficie densamente oxidada muy similares, aunque levemente superiores. En cambio, tanto en techo flotante externo como interno se tiene que las emisiones cuando la carcasa interna es del tipo revestimiento gunitado son mucho mayores que en los dos tipos anteriores, del orden de 2,5 veces superior.

• En tanques de techo flotante externo, las emisiones en tanques con techo tipo pontón y

tipo doble cubierta son prácticamente iguales. • En tanques de techo flotante externo, las emisiones en los tanques de construcción

soldada son un 8% inferiores a las que se tienen en tanques de techo flotante externo de construcción remachada.

• En tanques de techo flotante interno, las emisiones en los tanques de construcción

soldada son un 60% inferiores a las que se tienen en tanques de techo flotante interno de construcción atornillada.

• En tanques de techo flotante externo, el tipo de sello primario que menores emisiones

presenta es el sello montado sobre el líquido. Cuando se emplea sello primario tipo calza mecánica se producen unas emisiones que son aproximadamente el doble que cuando se emplea sello del tipo montado sobre el líquido. Para el caso de emplearse sello montado sobre el vapor, las emisiones son aproximadamente 5 veces superiores al caso de sello montado sobre el líquido.

• Para tanques de techo flotante interno, también se tiene que el sello que menores

emisiones presenta es el montado sobre el líquido, mientras que los otros dos tipos de





sello (calza mecánica y montado sobre vapor) presentas emisiones similares, y a su vez aproximadamente el doble que en el caso de emplearse sello montado sobre el líquido.

• Para tanques de techo flotante externo el mejor sello secundario es el tipo montado sobre

la corona. El empleo de este tipo de sello secundario disminuye las emisiones un 62% respecto al no empleo de sello secundario, mientras que el sello secundario montado sobre calza hace que esta disminución sea del 47%. En el caso de tanque de techo flotante interno, el mejor sello secundario también es el tipo montado sobre la corona, que consigue una reducción de emisiones respecto al no empleo de sello secundario del 50%, mientras que si se emplea sello secundario tipo montado sobre calza esta reducción es del 40%.





4.2 ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD DE LOS PARÁMETROS EN LA ESTIMACIÓN DE EMISIONES MEDIANTE WATER9.

Una vez descrito detalladamente en el Capítulo anterior los fundamentos en que se basa el programa WATER9, a continuación se procede a realizar un análisis de sensibilidad para, al igual que en el caso del programa TANKS, estudiar la influencia de los parámetros de operación y de diseño más importantes en las emisiones de COV´s en los sistemas de tratamiento de aguas residuales. La metodología llevada a cabo para realizar el análisis de sensibilidad consiste básicamente en, partiendo de un caso base, realizar modificaciones individuales de cada parámetro. De este modo se obtienen las emisiones estimadas por el programa para cada valor de los distintos parámetros. De esta manera se puede analizar la influencia de los parámetros analizados. Para realizar el análisis se ha tomado como corriente de entrada en las distintas unidades una corriente de composición típica de las aguas fenólicas, tomadas a partir de datos reales de una refinería española. La Tabla 4.40 siguiente muestra la composición de la corriente objeto de estudio:





TABLA 4.40

CONCENTRACION DE LOS COMPUESTOS EN EL EFLUENTE

CASO BASE CORRIENTE Alta

(%) Baja (%)

MEDIA (%)

MEDIA (ppmw)

Etilbenceno 0,16 0,1 0,13 1.300 Benceno 0,0018 0,0011 0,00145 14,5 Estireno 0,0104 0,0067 0,00855 85,5

Monopropilenglicol 2,49 1,52 2,005 20.050 Metil Bencil Alcohol 0,4 0,26 0,33 3.300

Acetofenona 0,05 0,03 0,04 400 Fenato de sodio 0,82 0,53 0,675 6.750 Acetato de sodio 0,22 0,14 0,18 1.800

Propionato de sodio 0,25 0,16 0,205 2.050 Butirato de sodio 0,03 0,02 0,025 250

Benzoato de sodio 2,14 1,38 1,76 17.600 Octanoato de sodio 0,17 0,11 0,14 1.400

Alcohol bencílico 0,008 0,005 0,0065 65 2 fenil etanol 0,015 0,01 0,0125 125

1 fenoxi 2 propanol 0,16 0,1 0,13 1.300 Adipato de potasio 1,31 0,85 1,08 10.800

Acetaldehido 0,02 0,01 0,015 150 Óxido de propileno 0,12 0,07 0,095 950

Fenol 0,0001 0 0,00005 0,5 Ácido fórmico 0,51 0,3 0,405 4.050

Ácetico acético 0,65 0,37 0,51 5.100 Ácido benzoico 0 0 0 0 Benzaldehido 0,0003 0,0002 0,00025 2,5

Poliol 0,66 0,38 0,52 5.200 Compuestos orgánicos

totales 12,09 7,53 9,81 98.100

Agua Resto Resto Resto Las principales propiedades físicas y químicas de los compuestos presentes en la corriente a estudiar, empleadas por WATER9 se resumen en la siguiente tabla (referidos a una temperatura de 25 ºC):





TABLA 4.41

PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS

Compuesto Densidad (g/cm3)

Peso molecular

(g/mol)

Difusividad en agua (cm2/s)

Difusividad en aire (cm2/s)

Presión de vapor

(mmHg)

Constante de Henry

(atm·m3/mol) Etilbenceno 0,87 106,2 7.8·10-6 0,075 10 0,007881

Benceno 0,874 78,11 1,02·10-5 0,088 95,26 0,0055 Estireno 0,9 104,2 8,6·10-6 0,071 7,3 0,0027

Monopropilenglicol - - 1,15·10-5 0,0979 - 1,699·10-7 Metil Bencil

Alcohol 1,015 122,17 8,56·10-6 0,0636 0,0865 1,39·10-5

Acetofenona 1,023 120,16 8,73·10-6 0,06 0,397 9,16·10-6 Fenato de sodio - - 8,76·10-6 0,066202 - 7,34·10-8 Acetato de sodio 1 82,04 1,07·10-5 0,0912 6,67·10-4 3,6·10-9

Propionato de sodio - - 4,59·10-7 0,0801 - 4,59·10-7

Butirato de sodio - - 9,04·10-6 0,0706 - 1,08·10-6 Benzoato de sodio - - 9,57·10-6 0,0604 - 4,158·10-8

Octanoato de sodio - - 7,06·10-6 0,0406 - 2,63·10-5

2 fenil etanol 1,023 122,18 8,6·10-6 0,0638 0,0868 2,55·10-7 1 fenoxi 2 propanol - - 7,45·10-6 0,0473 - 8,04·10-6

Adipato de potasio - - 6,68·10-6 0,033 - 1,65·10-8 Acetaldehido 0,788 45,06 1,41·10-5 0,124 902 9,99·10-5

Óxido de propileno - - 1,32·10-5 0,118 - 6,966·10-5

Fenol 1,07 94,1 9,1·10-6 0,082 0,341 7,088·10-7 Ácido fórmico 1,22 46,03 1,37·10-6 0,079 42 1,111·10-5

Ácetico acético 1,05 60,05 1,2·10-5 0,113 15,4 1,19·10-6 Ácido benzoico 1,27 122,13 7,97·10-6 0,0702 7,0·10-4 4,15·10-8 Benzaldehido 0,97 106,13 9,07·10-6 0,0721 0,9 2,39·10-5

Es importante recordar que no es el objetivo del presente Capítulo el calcular las emisiones en estas unidades, sino de estudiar cómo y de qué forma afectan los parámetros estudiados a dichas emisiones. Es por ello por lo que se usa en todas las unidades la misma composición del efluente a tratar, aunque muchas de estas unidades y equipos no suelen trabajar con este tipo de corrientes. A continuación se citan las unidades y parámetros estudiados:

• Sumidero abierto: caudal, temperatura del agua residual, área abierta de la unidad, radio del conducto, distancia entre la salida del conducto y la superficie del líquido, velocidad del aire en el drenaje abierto

• Clarificador primario: caudal, temperatura del agua residual, diámetro, profundidad,

distancia entre el conducto de entrada y la superficie del líquido.





• Biotratamiento aireado: caudal, temperatura, longitud, anchura, profundidad, área de

agitación (para cada aireador), número de aireadores, potencia de agitación, diámetro del agitador, velocidad de rotación, overall biorate.

• Laguna: temperatura del agua residual, área de la superficie, profundidad, overall

biorate.





4.2.1 Sumideros abiertos

Los parámetros introducidos en el modelo para la estimación de emisiones correspondientes al caso base son los siguientes:

Caudal: 1 l/s Temperatura del agua residual: 25 ºC Área abierta de la unidad: 50 cm2 Radio del conducto: 5 cm Distancia entre la salida del conducto y la superficie del líquido: 61 cm Velocidad del viento: 88 ft/min

Al realizar la simulación en WATER9, se tienen las siguientes emisiones estimadas para sumideros abiertos:

TABLA 4.42

ESTIMACIÓN DE EMISIONES EN SUMIDERO ABIERTO. CASO BASE

EMISIONES ESTIMADAS COMPONENTES

g/s t/año Monopropilenglicol 9,14·10-5 2,97·10-3 Metil bencil alcohol 5,18·10-7 1,64·10-5 Benzoato de sodio 1,57·10-5 4,96·10-4 Óxido de propileno 1,65·10-3 0,052 Propionato de sodio 2,34·10-5 7,39·10-4

Butirato de sodio 6,26·10-6 1,98·10-4 Octanoato de sodio 5,88·10-4 0,018

Fenato de sodio 1,12·10-5 3,54·10-4 1 fenoxi 2 propanol 1,92·10-4 6,06·10-3 Adipato de potasio 2,83·10-6 8,94·10-5

4 Metil bencil alcohol 2,37·10-4 7,49·10-3 Acetaldehído 3,62·10-4 0,011 Ácido acético 1,80·10-4 5,68·10-3 Acetofenona 7,57·10-5 2,39·10-3 Benzaldehído 3,02·10-7 9,54·10-6

Benceno 7,5·10-4 0,023 Ácido benzoico 1,86·10-9 5,87·10-8

Etilbenceno 8,05·10-2 2,54 Ácido fórmico 9,26·10-4 0,029

Fenol 8,89·10-3 0,28 Acetato de sodio 3,4310-8 1,08·10-6

Estireno 2,10·10-3 0,066 2 fenil etanol 1,69·10-7 5,34·10-6

TOTAL 8,77·10-2 2,77





• Sensibilidad al caudal de efluente

Para estudiar la influencia del caudal en las emisiones de compuestos orgánicos volátiles en sumideros abiertos, se harán variaciones del caudal y se mantendrán constantes los parámetros del caso base. En la Tabla siguiente se muestran las emisiones estimadas para los distintos caudales consideradas:

TABLA 4.43

SENSIBILIDAD AL CAUDAL. SUMIDEROS ABIERTOS

Caudal (l/s) Emisiones (g/s) Emisiones (t/año) 0,05 5,38·10-2 1,7 0,5 6,34·10-2 2,00 1 8,77·10-2 2,77 5 1,56·10-1 4,92

FIGURA 4.40

SENSIBILIDAD AL CAUDAL. SUMIDEROS ABIERTOS

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5 6

Caudal (l/s)

Emis

ione

s (t

/año

)

En la Figura 4.40 anterior se aprecia que, para caudales entre 0 y 1,25 l/s se produce un aumento exponencial de las emisiones con el caudal, y un aumento lineal del mismo a partir de 1,25 l/s, con pendiente 0,4571. Esto es, en este tramo lineal se produce un aumento en las emisiones de 0,4571 t/año por cada l/s que aumenta el caudal.





• Sensibilidad a la temperatura del efluente

Los resultados de las distintas simulaciones para estudiar la influencia de la temperatura del efluente en las emisiones se muestran en la Tabla 4.44 y Figura 4.41 siguientes:

TABLA 4.44

SENSIBILIDAD A LA TEMPERATURA DEL EFLUENTE. SUMIDEROS ABIERTOS

Temperatura (ºC) Emisiones (g/s) Emisiones (t/año)

15 5,2·10-2 1,64 20 6,82·10-2 2,15 25 8,77·10-2 2,77 30 1,11·10-1 3,49 35 1,37·10-1 4,32 40 1,66·10-1 5,23 45 1,97·10-1 6,2

FIGURA 4.41

SENSIBILIDAD A LA TEMPERATURA DEL EFLENTE. SUMIDEROS ABIERTOS

0

1

2

3

4

5

6

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Temperatura (ºC)

Emis

ione

s (t/

año)

Se observa un aumento de las emisiones al aumentar el caudal, de acuerdo con la ecuación cuadrática y = 0,002·x2 + 0,0323·x + 0,696 (coeficiente de regresión, R2, = 1), donde y se corresponde con las emisiones (t/año) y x con la temperatura (ºC).





• Sensibilidad al área abierta de la unidad Las emisiones calculadas por WATER9 para distintos valores de área abierta del

sumidero se presentan a continuación:

TABLA 4.45

SENSIBILIDAD AL ÁREA ABIERTA DE LA UNIDAD. SUMIDEROS ABIERTOS

Área abierta de la unidad (cm2) Emisiones (g/s) Emisiones (t/año)

0 0,0828 2,61 1.000 0,0877 2,77 2.000 0,0914 2,88 3.000 0,0946 2,99 4.000 0,0977 3,08 5.000 0,101 3,18 6.000 0,103 3,27 7.000 0,106 3,35 8.000 0,109 3,43 9.000 0,111 3,52

10.000 0,114 3,6

FIGURA 4.42

SENSIBILIDAD AL ÁREA ABIERTA DE LA UNIDAD. SUMIDEROS ABIERTOS

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Área abierta (cm2)

Emis

ione

s (t/

año)





Se tiene un ligero aumento, aproximadamente lineal, de las emisiones al aumentar el área abierta de la unidad.

• Sensibilidad al radio del conducto Para comprobar la influencia del radio del conducto que llega al sumidero en las emisiones de éste, se han realizado simulaciones con distintos radios del conducto, teniéndose los resultados que a continuación se presentan:

TABLA 4.46

SENSIBILIDAD AL RADIO DEL CONDUCTO. SUMIDEROS ABIERTOS

Radio del

conducto (cm) Emisiones (g/s) Emisiones (t/año)

2 8,77·10-2 2,77 4 8,77·10-2 2,77 6 8,77·10-2 2,77 8 8,77·10-2 2,77 10 8,77·10-2 2,77

TABLA 4.43

SENSIBILIDAD AL RADIO DEL CONDUCTO. SUMIDEROS ABIERTOS

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 2 4 6 8 10 12

Radio del conducto (cm)

Emis

ione

s (t/

año)





De la Tabla 4.46 y de la Figura 4.43 se puede apreciar como, de acuerdo con las estimaciones de emisiones del software empleado, el radio del conducto de entrada al sumidero no influye en las emisiones de compuestos orgánicos volátiles.

• Sensibilidad a la distancia entre el conducto de entrada y la superficie del líquido

Los resultados de las distintas simulaciones para estudiar la influencia de la temperatura del efluente en las emisiones se muestran en la Tabla 4.47 y Figura 4.44 siguientes:

TABLA 4.47

SENSIBILIDAD A LA DISTANCIA ENTRE EL CONDUCTO DE ENTRADA Y LA SUPERFICIE DEL LÍQUIDO. SUMIDEROS ABIERTOS

Distancia entre el conducto de

entrada y la superficie de líquido (cm) Emisiones (g/s) Emisiones (t/año)

0 0,0828 2,61 10 0,0877 2,77 20 0,0855 2,7 30 0,0847 2,67 40 0,0843 2,66 50 0,084 2,65 60 0,0838 2,65 70 0,0837 2,64 80 0,0836 2,64 90 0,0835 2,64

100 0,0835 2,63





FIGURA 4.44 SENSIBILIDAD A LA DISTANCIA ENTRE EL CONDUCTO DE

ENTRADA Y LA SUPERFICIE DEL LÍQUIDO. SUMIDEROS ABIERTOS

2,6

2,62

2,64

2,66

2,68

2,7

2,72

2,74

2,76

2,78

0 20 40 60 80 100 120

Distancia (cm)

Emis

ione

s (t/

año)

Se puede observar que la las emisiones presentan un máximo cuando la distancia entre el conducto de entrada y la superficie del líquido es de 15 cm. De acuerdo con los resultados obtenidos, para conseguir una reducción de emisiones en sumideros sería interesante alcanzar un nivel de líquido en dicha unidad que conlleve una distancia entre el conducto de entrada y la superficie del líquido fuera del intervalo 5-40 cm.

• Sensibilidad a la velocidad del aire

Para comprobar la influencia de la velocidad del aire que entra en contacto con el sumidero en las emisiones de éste, se han realizado simulaciones con distintas velocidades del viento, teniéndose los resultados que a continuación se presentan:

TABLA 4.48

SENSIBILIDAD A LA VELOCIDAD DEL AIRE

Velocidad del aire (ft/min) Emisiones (g/s) Emisiones (t/año)

25 0,0877 2,77 50 0,0877 2,77 88 0,0877 2,77

100 0,0877 2,77 200 0,0877 2,77





FIGURA 4.45

SENSIBILIDAD A LA VELOCIDAD DEL AIRE

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 50 100 150 200 250

Velocidad del aire (ft/min)

Emis

ione

s (t

/año

)

t/año

Se tiene que, de acuerdo con las ecuaciones implementadas en WATER9 para la estimación de emisiones, la velocidad del viento no influye en las emisiones de compuestos orgánicos volátiles en sumideros abiertos.





4.2.2 Clarificadores

Los parámetros del caso base son los siguientes: Caudal: 1 l/s Temperatura del agua residual: 25 ºC Diámetro: 10 m Profundidad: 3 m Waterfall drop height: 20 cm Al realizar la simulación en WATER9, se tienen las siguientes emisiones estimadas para clarificadores primarios:

TABLA 4.49

ESTIMACIÓN DE EMISIONES EN CLARIFICADORES. CASO BASE


g/s t/año Monopropilenglicol 4,43·10-2 1,40 Metil bencil alcohol 2,44·10-4 7,70·10-3 Benzoato de sodio 7,59·10-3 2,39·10-1 Óxido de propileno 1,87·10-1 5,89 Propionato de sodio 1,09·10-2 3,44·10-1

Butirato de sodio 2,84·10-3 8,97·10-2 Octanoato de sodio 1,35·10-1 4,24

Fenato de sodio 5,36·10-3 1,69·10-1 1 fenoxi 2 propanol 6,77·10-2 2,14 Adipato de potasio 1,43·10-3 4,50·10-2

Acetaldehído 3,25·10-2 1,03 Ácido acético 8,00·10-2 2,52 Acetofenona 2,53·10-2 7,98·10-1 Benzaldehído 1,54·10-4 4,86·10-3

Benceno 3,01·10-3 9,49·10-2 Ácido benzoico 1,53·10-27 4,84·10-26

Etilbenceno 2,28·10-1 7,20 Ácido fórmico 1,58·10-1 4,99

Fenol 4,08·10-6 1,29·10-4 Acetato de sodio 2,39·10-5 7,54·10-4

Estireno 1,52·10-2 4,79·10-1 2 fenil etanol 1,17·10-4 3,70·10-3

TOTAL 1,14 36,0





• Sensibilidad al caudal de efluente

Al igual que en el caso de sumideros abiertos, para estudiar la influencia del caudal en las emisiones de compuestos orgánicos volátiles en clarificadores primarios, se harán variaciones del caudal y se mantendrán constantes los parámetros del caso base. En la tabla y figura siguientes se muestran las emisiones estimadas para los distintos caudales consideradas:

TABLA 4.50

SENSIBILIDAD AL CAUDAL. CLARIFICADORES

Caudal (l/s) Emisiones (g/s) Emisiones (t/año) 0,05 0,308 9,72 0,1 0,422 13,3 0,5 0,852 26,9 1 1,14 36 2 1,52 47,8 5 2,19 69

FIGURA 4.46

SENSIBILIDAD AL CAUDAL. CLARIFICADORES

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 1 2 3 4 5 6

Caudal (l/s)

Emis

ione

s (lb

/año

)

Se observa una dependencia aproximadamente logarítmica de las emisiones respecto al caudal, de forma que para caudales bajos se tiene un aumento de emisiones al incrementarse al caudal más significativo que para caudales altos.






Los resultados de las distintas simulaciones para estudiar la influencia de la temperatura del efluente en las emisiones en clarificadores primarios se muestran en la Tabla 4.51 y Figura 4.47 siguientes:

TABLA 4.51

SENSIBILIDAD A LA TEMPERATURA DEL EFLUENTE. CLARIFIDADORES


10 0,825 26 15 0,916 28,9 20 1,02 32,2 25 1,14 36 30 1,27 40,2 35 1,43 45 40 1,59 50,3

TABLA 4.47

SENSIBILIDAD A LA TEMPERATURA DEL EFLUENTE. CLARIFIDADORES

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Temperatura (ºC)

Emis

ione

s (t/

año)





Se puede apreciar como las emisiones aumentan al aumentar la temperatura del efluente. La tendencia de este aumento sigue una ecuación del tipo

y = 0,0097x2 + 0,3245x + 21,821 Donde y se corresponde con las emisiones (t/año) y x con la temperatura.

• Sensibilidad al diámetro del clarificador

Para analizar la sensibilidad al diámetro del clarificador, se han realizado simulaciones con diámetros comprendidos entre 5 y 40 m. Aunque es poco usual el empleo de clarificadores de más de 20 m en refinerías, se han estudiado estos casos para tener una mejor visión global de la forma en que las emisiones dependen del diámetro del clarificador.

TABLA 4.52

SENSIBILIDAD AL DIÁMETRO DEL CLARIFICADOR. CLARIFICADORES

Diámetro (m) Emisiones (g/s) Emisiones (t/año)

5 0,387 12,2 10 1,14 36 15 2,1 66,3 20 3,19 101 25 4,36 138 30 5,58 176 35 6,83 215 40 8,07 255





FIGURA 4.48

SENSIBILIDAD AL DIÁMETRO DEL CLARIFICADOR. CLARIFICADORES

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Diámetro (m)

Emis

ione

s (t/

año)

Se observa un aumento prácticamente lineal de las emisiones de COV´s con el diámetro del clarificador. Este aumento lineal se corresponde con la ecuación

y = 7,0493·x – 33,671

donde y son las emisiones en t/año y x el diámetro del clarificador en m. El coeficiente de regresión lineal correspondiente es R2 = 0,9955.

• Sensibilidad a la profundidad del clarificador

A continuación se procede a estudiar la influencia de la profundidad del clarificador en las emisiones de COV´s. Para ello, se han realizado simulaciones con profundidades entre 1 y 8 m, cuyos resultados se muestran en las tabla y figura siguientes.





TABLA 4.53

SENSIBILIDAD A LA PROFUNDIDAD DEL CLARIFICADOR. CLARIFICADORES

Profundidad (m) Emisiones (g/s) Emisiones (t/año)

1 2,43 76,7 2 1,56 44,9 3 1,14 36 4 0,896 28,3 5 0,739 23,3 6 0,629 19,8 7 0,548 17,3 8 0,486 15,3

FIGURA 4.49

SENSIBILIDAD A LA PROFUNDIDAD DEL CLARIFICADOR. CLARIFICADORES

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Profundidad (m)

Emis

ione

s (t/

año)

De acuerdo con la metodología empleada por WATER9 para la estimación de emisiones en clarificadores primarios, éstas disminuyen al aumentar la profundidad del clarificador, de forma que se tiene una disminución exponencial de acuerdo con la ecuación:

y = 74,769·e-0,2148·x donde y son las emisiones en t/año y x la profundidad del clarificador primario, en m. El valor del coeficiente de regresión (R2) para este caso es de 0,9447.





En el punto 4.2.5, dedicado a las conclusiones del análisis de sensibilidad, se dan unas pautas a seguir para la elección del diámetro y profundidad óptimos (en función del volumen requerido) desde el punto de vista ambiental.

• Sensibilidad a la distancia entre la entrada del líquido y la superficie Se han realizado estimaciones con distancia entre 10 y 70 cm, cuyos resultados se

exponen numéricamente en la Tabla 4.54 y gráficamente en la Figura 4.50.

TABLA 4.54

SENSIBILIDAD A LA DISTANCIA ENTRE LA ENTRADA DEL LÍQUIDO Y LA SUPERFICIE. CLARIFICADORES

Sensibilidad a la distancia entre la

entrada del líquido y la superficie (cm) Emisiones (g/s) Emisiones (t/año)

10 1,14 36 20 1,14 36 30 1,14 36 40 1,14 36 50 1,14 36 60 1,14 36 70 1,14 36





FIGURA 4.50

SENSIBILIDAD A LA SISTANCIA ENTRE LA ENTRADA DEL LÍQUIDO Y LA SUPERFICIE. CLARIFICADORES

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Di st anci a ent r e l a ent r ada de l íqui do y l a super f i c i e ( cm)

Se observa cómo este parámetro no influye en las emisiones de COV´s.





4.2.3 Balsas de aireación Los valores de los parámetros en el caso base son: Caudal del efluente: 1 l/s Temperatura del efluente: 25 ºC Longitud: 50 m Anchura: 50 m Profundidad: 5 m Área de agitación (para cada aireador): 47 m2 Número de agitadores: 1 Potencia de agitación:7,5 CV Diámetro del impulsor: 60 cm Rotación del impulsor: 1.200 rpm Overall biorate: 19 mg/g bio·h Al realizar la simulación en WATER9, se tienen las siguientes emisiones estimadas para balsas de aireación:





TABLA 4.55

ESTIMACIÓN DE EMISIONES EN BALSAS DE AIREACIÓN. CASO BASE


g/s t/año Monopropilenglicol 1,77 55,9 Metil bencil alcohol 8,81·10-3 0,278 Benzoato de sodio 3,01·10-1 9,48 Óxido de propileno 8,52·10-1 26,9 Propionato de sodio 3,77·10-1 11,9

Butirato de sodio 8,00·10-2 2,52 Octanoato de sodio 1,10 34,8

Fenato de sodio 2,13·10-1 6,71 1 fenoxi 2 propanol 8,67·10-1 27,4 Adipato de potasio 4,97·10-2 1,57

Acetaldehído 1,36·10-1 4,30 Ácido acético 2,10 66,1 Acetofenona 2,87·10-1 9,04 Benzaldehído 9,47·10-4 2,99·10-2


Etilbenceno 1,28 40,4 Ácido fórmico 2,50 78,9



TOTAL 12,9 408

• Sensibilidad al caudal del efluente

Los resultados de las distintas simulaciones para estudiar la influencia de la temperatura del efluente en las emisiones en clarificadores primarios se muestran en la Tabla 4.56 y Figura 4.51 siguientes:

TABLA 4.56

SENSIBILIDAD AL CAUDAL DE EFLUENTE. BALSAS DE AIREACIÓN

Caudal (l/s) Emisiones (g/s) Emisiones (t/año)

0,05 2,02 63,8 0,1 8,82 278 1 12,9 408 2 18,3 578 5 27,8 876 10 37,3 1180





FIGURA 4.51

SENSIBILIDAD AL CAUDAL DE EFLUENTE. BALSAS DE AIREACIÓN

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 2 4 6 8 10 12

Caudal (l/s)

Emis

ione

s (t/

año)

Se observa un crecimiento muy acusado de las emisiones respecto al caudal para caudales bajos. En el caso de caudales mayores que 2 l/s se da una atenuación de este crecimiento, teniéndose a partir de dicho punto un crecimiento aproximadamente lineal.


Los resultados de las distintas simulaciones para estudiar la influencia de la temperatura del efluente en las emisiones de COV´s en balsas de aireación se muestran en la Tabla 4.57 y Figura 4.52 siguientes:





TABLA 4.57

SENSIBILIDAD A LA TEMPERATURA DEL EFLUENTE. BALSAS DE AIREACIÓN


5 7,89 249 10 8,93 282 15 10,1 319 20 11,4 360 25 12,9 408 30 14,6 462 35 16,6 525 40 19 598 45 21,6 681

FIGURA 4.52

SENSIBILIDAD A LA TEMPERATURA DEL EFLUENTE. BALSAS DE AIREACIÓN

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Temperatura (ºC)

Emis

ione

s (t/

año)

De forma análoga a los equipos anteriormente estudiados, las emisiones de COV´s en balsas de aireación tienen una dependencia respecto a la temperatura del tipo polinomial cuadrática. La tendencia de las emisiones al variar la temperatura puede obtenerse mediante la ecuación:

y = 0,1435·x2 + 3,4602·x + 231,48





Donde y son las emisiones de COV´s en balsas de aireación, en t/año, y x es la temperatura del efluente, en ºC. Para esta ecuación se tiene un coeficiente de correlación, R2, de 0,9997.

• Sensibilidad a la superficie de la balsa de aireación

Para estudiar la influencia de la superficie de la balsa sobre las emisiones, tanto la anchura como la longitud de la balsa son variables de entrada. Se estudiará la evolución de las emisiones al variar la longitud de la balsa, dejando los demás parámetros constantes, incluidos la anchura de la balsa. De esta forma se tiene que la evolución de las emisiones respecto a la longitud de la balsa también es una medida de la evolución de las emisiones respecto al área de superficie de la balsa.

TABLA 4.58

SENSIBILIDAD A LA LONGITUD DE LA BALSA. BALSAS DE AIREACIÓN

Longitud (m) Emisiones (g/s) Emisiones (t/año)

3 4,01 126 10 6,24 197 20 8,52 269 30 10,3 324 40 11,7 369 50 12,9 408 60 14 441 70 14,9 471 80 15,8 498 90 16,6 523

100 17,3 546





FIGURA 4.53

SENSIBILIDAD A LA LONGITUD DE LA BALSA. BALSAS DE AIREACIÓN

0

100

200

300

400

500

600

0 20 40 60 80 100 120

Longitud (m)

Emis

ione

s (t/

año)

Se puede observar una dependencia de las emisiones respecto a la longitud (equivalente a la superficie para anchura constante) del tipo polinomial cuadrática, teniéndose que la relación entre longitud de la balsa y emisiones, según las estimaciones realizadas con WATER9, pueden expresarse mediante la ecuación:

y = -0,0325·x2 + 7,393·x + 121,26 Donde y son las emisiones de COV´s en balsas de aireación, en t/año, y x es la longitud de la balsa, en m, Para esta ecuación se tiene un coeficiente de correlación, R2, de 0,9953

• Sensibilidad a la profundidad de la balsa de aireación

Para analizar la influencia de la profundidad de la balsa de aireación en las emisiones de COV´s, se han realizado estimaciones con profundidades de 1 a 10 m, dejando todos los demás parámetros constantes. Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 4.59 y Figura 4.54 siguientes:





TABLA 4.59

SENSIBILIDAD A LA PROFUNDIDAD DE LA BALSA. BALSAS DE AIREACIÓN


1 12,9 408 2 12,9 408 3 12,9 408 4 12,9 408 5 12,9 408 6 12,9 408 7 12,9 408 8 12,9 408 9 12,9 408 10 12,9 408

FIGURA 4.54

SENSIBILIDAD A LA PROFUNDIDAD DE LA BALSA. BALSAS DE AIREACIÓN

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 2 4 6 8 10 12

P r of undi da d ( m)

Tanto de la Tabla 4. como de la Figura 4. se deduce que la profundidad de la balsa de aireación no influye en las emisiones de COV´s.

• Sensibilidad al área de agitación

Según lo indicado en el Capítulo 3, este área se refiere al área de agitación en la superficie. En la Tabla 4.59 y en la Figura 4.54 siguientes se exponen los resultados





obtenidos con WATER9, mediante simulaciones en las que se ha ido variando el área de simulación y los demás parámetros han permanecido constantes.

TABLA 4.60

SENSIBILIDAD AL ÁREA DE AGITACIÓN. BALSAS DE AIREACIÓN

Área de

agitación (m2) Emisiones (g/s) Emisiones (t/año)

5 12,7 401 25 12,8 405 47 12,9 408 75 13 411

100 13,1 413 125 13,2 415 150 13,2 418 175 13,3 420 200 13,4 422

FIGURA 4.55

SENSIBILIDAD AL ÁREA DE AGITACIÓN. BALSAS DE AIREACIÓN

395

400

405

410

415

420

425

0 50 100 150 200 250

Área de agitación (m2)

Emis

ione

s (t/

año)

Se tiene un aumento lineal de las emisiones al aumentar el área de agitación, de acuerdo con la ecuación

y = 0,1026·x + 402,27





donde y representa las emisiones (t/año) y x el área de agitación (m2), con un coeficiente de regresión lineal R2 = 0,9845.

• Sensibilidad al número de aireadores

Como caso base se ha considerado una balsa de aireación con un solo aireador, ya que es el valor que el programa asigna por defecto. No obstante, puede darse el caso de que una balsa de aireación tenga varios aireadores. Para este caso, se han realizado simulaciones con WATER9 para balsas de aireación con hasta 20 aireadores. Los resultados obtenidos se dan a continuación en la Tabla 4.61 y en la Figura 4.56

TABLA 4.61

SENSIBILIDAD AL NÚMERO DE AIREADORES. BALSAS DE AIREACIÓN

Número de aireadores Emisiones (g/s) Emisiones (t/año)

1 12,9 408 3 13,2 417 6 13,6 429 9 13,9 440 12 14,2 449 15 14,5 458 18 14,8 466 20 14,9 471





FIGURA 4.56

SENSIBILIDAD AL NÚMERO DE AIREADORES. BALSAS DE AIREACIÓN

400

410

420

430

440

450

460

470

480

0 5 10 15 20 25

Número de aireadores

Emis

ione

s (t/

año)

Se observa una dependencia prácticamente lineal, con ecuación

y = 3,284x + 407,77 donde y representa las emisiones (t/año) y x el número de aireadores, con un coeficiente de regresión lineal R2 = 0,9918.

• Sensibilidad a la potencia de agitación

Para estudiar la influencia de la potencia de agitación en las emisiones de COV´s, se han estudiado las emisiones para potencias comprendidas en el rango 3-10 HP.





TABLA 4.62

SENSIBILIDAD A LA POTENCIA DE AIREACIÓN. BALSAS DE AIREACIÓN

Potencia (CV) Emisiones (g/s) Emisiones (t/año)

3 12,8 405 7,5 12,9 408 10 13 409 20 13,1 412 30 13,1 414 40 13,2 416 50 13,2 418 60 13,3 419 70 13,3 420 80 13,3 421 90 13,4 422

100 13,4 423

FIGURA 4.57

SENSIBILIDAD A LA POTENCIA DE AIREACIÓN. BALSAS DE AIREACIÓN

404

406

408

410

412

414

416

418

420

422

424

0 20 40 60 80 100 120

Potencia (HP)

Emis

ione

s (t/

año)

Se observa que las emisiones aumentan de forma polinomial cuadrática al aumentar la potencia del agitador. Esta tendencia puede describirse por la ecuación:





y = -0,0016·x2 + 0,3268·x + 405,35

donde y representa las emisiones (t/año) y x el número de aireadores, con un coeficiente de regresión lineal R2 = 0,9918.

• Sensibilidad al diámetro del impulsor

En la Tabla 4.63 y la figura 4.58 se muestran como varían las emisiones al variar el diámetro del agitador.

TABLA 4.63

SENSIBILIDAD AL DIÁMETRO DEL AGITADOR. BALSAS DE AIREACIÓN

Diámetro de

impulsor (cm) Emisiones (g/s) Emisiones (t/año)

10 13,2 415 30 13 410 60 12,9 408 90 12,9 406

120 12,8 405

TABLA 4.58

SENSIBILIDAD AL DIÁMETRO DEL AGITADOR. BALSAS DE AIREACIÓN

404

406

408

410

412

414

416

0 20 40 60 80 100 120 140

Diámetro impeller (cm)

Emis

ione

s (t/

año)





Se puede observar cómo las emisiones descienden al aumentar el diámetro del agitador, aunque esta disminución no es muy significativa.

• Sensibilidad a la velocidad de rotación del agitador

Para estudiar la influencia de la velocidad de agitación en las emisiones de COV´s, se han estudiado las emisiones variando la velocidad de rotación del agitador entre 200 y 2.400 rpm, según se muestra en las tabla y figura siguientes:

TABLA 4.64

SENSIBILIDAD A LA VELOCIDAD DE ROTACIÓN DEL IMPULSOR. BALSAS DE AIREACIÓN

Velocidad de

rotación (rpm) Emisiones (g/s) Emisiones (t/año)

200 13 411 500 13 409 720 12,9 408

1.000 12,9 408 1.200 12,9 408 1.500 12,9 407 1.750 12,9 407 2.000 12,9 407 2.200 12,9 407 2.400 12,9 406





FIGURA 4.59

SENSIBILIDAD A LA VELOCIDAD DE ROTACIÓN DEL IMPULSOR. BALSAS DE AIREACIÓN

405

406

407

408

409

410

411

412

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Velocidad agitador (rpm)

Emis

ione

s (t/

año)

Puede observarse cómo al aumentar la velocidad de giro del agitador, las emisiones disminuyen muy ligeramente, siendo éstas prácticamente insensibles a la velocidad de rotación del agitador.

• Sensibilidad al overall biorate

En la Tabla 4.63 y la figura 4.58 se muestran la influencia del overall biorate en las emisiones de COV´s en balsas de aireación.

TABLA 4.65

SENSIBILIDAD AL OVERALL BIORATE. BALSAS DE AIREACIÓN

Overall biorate

(mg/g bio·h) Emisiones (g/s) Emisiones (t/año)

5 12,9 408 10 12,9 408 15 12,9 408 19 12,9 408 25 12,9 408 28 12,9 408





FIGURA 4.60

SENSIBILIDAD AL OVERALL BIORATE. BALSAS DE AIREACIÓN

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 5 10 15 20 25 30

Biorate (mg/g bio·hr)

Emis

ione

s (t/

año)

Se tiene que este parámetro no influye en las emisiones de COV´s.





4.2.4 Lagunas

Los valores de los parámetros del caso base son los siguientes:

Temperatura del líquido: 25 ºC Longitud: 50 m Profundidad: 3 m Anchura: 50 m Time for emissions in laggon: 3 meses Overall biorate: 19 mg/g bio·h

Con estos parámetros se estiman las siguientes emisiones en lagunas:

TABLA 4.66

ESTIMACIÓN DE EMISIONES EN LAGUNAS CASO BASE


g/s t/año Monopropilenglicol 1,84 57,9 Metil bencil alcohol 9,32·10-3 0,294 Benzoato de sodio 0,3 9,47 Óxido de propileno 0,903 28,5 Propionato de sodio 0,408 12,9

Butirato de sodio 0,2·10-2 2,9 Octanoato de sodio 1,3 41,0 1 fenoxi 2 propanol 1,08 34,0 Adipato de potasio 4,92·10-2 1,55

Acetaldehído 0,143 4,5 Ácido acético 2,51 79,0 Acetofenona 0,352 11,1 Benzaldehído 1,09·10-3 3,44·10-2


Etilbenceno 1,23 38,9 Ácido fórmico 3,05 96,3



TOTAL 14,6 459





• Sensibilidad a la temperatura del líquido

Para estudiar la sensibilidad de las emisiones a la temperatura del líquido se realizan estimaciones de emisiones para temperaturas comprendidas entre 10 y 45 ºC, obteniéndose los resultados que se expresan en la Tabla 4.67 y en la Figura 4.61.

TABLA 4.67

SENSIBILIDAD A LA TEMPERATURA DEL EFLUENTE. LAGUNAS


10 10 316 15 11,4 359 20 12,9 406 25 14,6 459 30 16,5 520 35 18,7 591 40 21,4 675 45 24,5 772

FIGURA 4.61

SENSIBILIDAD A LA TEMPERATURA DEL EFLUENTE. LAGUNAS

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Temperatura (ºC)

Emis

ione

s (t/

año)





Según los resultados obtenidos por WATER9, se tiene un aumento de las emisiones de COV´s al aumentar la temperatura. Concretamente, se sigue una tendencia de acuerdo con la ecuación

y = 0,1819·x2 + 2,8238·x + 273,15 donde y representa las emisiones (t/año) y x la temperatura del agua residual (ºC), con un coeficiente de regresión R2 = 0,9996.

• Sensibilidad a superficie de la laguna

Para estudiar la influencia de la superficie de la laguna sobre las emisiones, tanto la anchura como la longitud de la laguna son variables de entrada. Se estudiará la evolución de las emisiones al variar la longitud de la laguna, dejando los demás parámetros constantes, incluidos la anchura de la laguna. De esta forma se tiene que la evolución de las emisiones respecto a la longitud de la laguna también es una medida de la evolución de las emisiones respecto al área de superficie de la laguna. Los resultados obtenidos se expresan a en la Tabla 4.68 y Figura 4.62 siguientes:

TABLA 4.68

SENSIBILIDAD A LA LONGITUD. LAGUNAS

Longitud (m) Emisiones (g/s) Emisiones (t/año)

25 7,39 233 50 14,6 459 75 21,6 683

100 28,7 905 125 35,7 1.130 150 42,6 1.350 175 49,6 1.560 200 56,5 1.780 225 63,4 2.000 250 70,3 2.220 275 77,1 2.430 300 84 2.650





FIGURA 4.62

SENSIBILIDAD A LA LONGITUD. LAGUNAS

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 50 100 150 200 250 300 350

Longitud (m)

Emis

ione

s (t/

año)

Puede observarse que, de acuerdo con las ecuaciones implementadas en WATER9, se tiene un aumento lineal de las emisiones al aumentar la longitud de la balsa, según la ecuación:

y = 8,772x + 24,545 donde y representa las emisiones (t/año) y x la longitud de la balsa (m), con un coeficiente de regresión lineal R2 = 0,9999.

• Sensibilidad a la profundidad de la laguna

Como en los casos anteriores, se realizan simulaciones dejando todos los parámetros constantes excepto el que se pretende analizar, en este caso la profundidad de la laguna. Los resultados obtenidos se indican a continuación:





TABLA 4.69

SENSIBILIDAD A LA PROFUNDIDAD. LAGUNAS


1 7,8 246 2 11,7 369 3 14,6 459 4 16,8 530 5 18,7 589 6 20,2 639 7 21,6 682 8 22,8 720 9 23,8 753 10 24,8 782 11 25,6 808 12 26,4 832 13 27 854 14 27,7 873 15 28,2 891

FIGURA 4.63

SENSIBILIDAD A LA PROFUNDIDAD. LAGUNAS

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Profundidad (m)

Emis

ione

s (t/

año)





De la gráfica se deduce un aumento del tipo logarítmico de las emisiones al aumentar la profundidad, de forma que este aumento es muy acusado para bajas profundidades y menos acusado para lagunas más profundas. La tendencia de las emisiones de COV´s respecto a variaciones de profundidad de la laguna puede describirse matemáticamente mediante la ecuación

y = 248,76·Ln(x) + 205,79

donde y representa las emisiones (t/año) y x la temperatura profundidad de la laguna (m), con un coeficiente de regresión lineal R2 = 0,9934.

• Sensibilidad al overall biorate

Por último, se estudia la dependencia de las emisiones al overall biorate, para lo que se realizan simulaciones cuyos resultados se muestran a continuación:

TABLA 4.70

SENSIBILIDAD AL OVERALL BIORATE. LAGUNAS

Overall biorate

(mg/g bio·h) Emisiones (g/s) Emisiones (t/año)

5 14,6 459 10 14,6 459 15 14,6 459 19 14,6 459 25 14,6 459 28 14,6 459





FIGURA 4.64

SENSIBILIDAD AL OVERALL BIORATE. LAGUNAS

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 5 10 15 20 25 30

Biorate (mg/g bio·h)

Emis

ione

s (t/

año)

De acuerdo con los resultados obtenidos con WATER9, las emisiones en lagunas no dependen del overall biorate.





4.2.5 Conclusiones Para concluir este Capítulo, a continuación se presentan las conclusiones más importantes obtenidas tras la realización de los estudios de sensibilidad realizados por WATER9.

• Sumideros abiertos.

- Caudal. Obviamente, las emisiones aumentan con el caudal, no obstante, cabe señalar que entre 0 y 1,25 l/s este aumento es exponencial, y a partir de 1,25 l/s las emisiones aumentan con el caudal de forma lineal y mucho menos acusada.

- Temperatura. Como era de esperar, se produce un aumento de las emisiones al

aumentar la temperatura del efluente. - Área abierta de la unidad. Al aumentar el área abierta de la unidad se tiene un

ligero aumento, aproximadamente lineal, de las emisiones. - Distancia entre la salida del conducto y la superficie del líquido. Se produce un

aumento muy acusado de las emisiones para distancias entre 0 y 15 cm, produciéndose a partir de esta distancia una disminución aproximadamente exponencial. Sería recomendable para minimizar las emisiones de COV´s trabajar con distancias fuera del rango 5-40 cm.

- Radio del conducto y velocidad del aire. Estos parámetros no influyen en las

emisiones de COV´s. • Clarificadores.

- Caudal. Se produce un aumento de emisiones al aumentar el caudal, siendo este

aumento más acusado para caudales bajos.

- Temperatura. Se produce un aumento de las emisiones al aumentar la temperatura.

- Diámetro. Se produce un aumento lineal de las emisiones al aumentar el diámetro

del clarificador.

- Profundidad. Se produce una disminución exponencial de las emisiones al aumentar la profundidad del clarificador. De acuerdo con los resultados obtenidos, desde el punto de vista de la minimización de emisiones de COV´s, lo ideal sería emplear clarificadores de poco diámetro y muy profundos. Sin embargo, los métodos que actualmente se emplean para el diseño de los clarificadores no tienen en cuenta las emisiones de COV´s, sino otros parámetros como el tiempo de residencia hidráulico, la velocidad de sedimentación, la concentración de sólidos a la salida, etc. Por tanto, no parece posible que se puedan tener en





cuenta la disminución de las emisiones de COV´s en el diseño de los clarificadores, puesto que para conseguir el objetivo de tratamiento de las aguas residuales se requieren clarificadores de mayor radio y poca profundidad.

- Distancia entre la entrada del líquido y la superficie. Este parámetro no influye en

las emisiones de COV´s. • Balsas de aireación.

- Caudal. Se tiene un incremento muy acusado en las emisiones para caudales

bajos y un aumento lineal, más atenuado, a partir de 2 l/s.

- Temperatura del efluente. Se tiene un aumento de las emisiones de COV´s al aumentar la temperatura del efluente.

- Superficie de la balsa. Evidentemente, se tiene un aumento de las emisiones al

aumentar la superficie de la balsa.

- Profundidad de la balsa de aireación y overall biorate. Estos parámetros no influyen en las emisiones de COV´s.

- Área de agitación. Las emisiones aumentan de forma lineal al aumentar el área de

agitación.

- Número de agitadores. Las emisiones aumentan de forma lineal al aumentar el número de agitadores.

- Potencia de aireación. Las emisiones aumentan con la potencia de aireación en

forma de parábola invertida.

- Diámetro del agitador. Las emisiones disminuyen al aumentar el diámetro del agitador.

- Velocidad de rotación del agitador. Al aumentar la velocidad de giro del agitador,

las emisiones disminuyen muy ligeramente, siendo éstas prácticamente insensibles a la velocidad de rotación del agitador.

• Lagunas.

- Temperatura. Al igual que en el resto de equipos, se tiene un aumento de las

emisiones al aumentar la temperatura del agua residual.

- Superficie de la laguna. Como era de esperar, las emisiones aumentan al aumentar la superficie de la laguna





- Profundidad. Las emisiones aumentan en forma de logarítmica al aumentar la profundidad de la laguna.

- Overall biorate. Este parámetro no influye en las emisiones de COV´s en lagunas.

4. estudios de sensibilidad acerca de la influencia de...

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