CAPiTULo

OCHOCONTAMINACION A'I 'MOSFÉRICA

INTRODUCCIÓN

En 1952 la muefte de 4.000 peÍsonas por la denominada <niebla)) de Londres fuelo que sirvió de calalizador para la introducción en 1956 de la Ley del AireLimpio en el Reino Unido. En Estados Unidos fuc cn 1955 cuaü{.lo se introduio lat¿y de Conuol de la Conraininación Atmosférica. En las décadas anterioreJa lade los 50, la contaminación atmosférica fue ün problema en áreas urbanas muvindustrializada6 donde se quemaba carbón com-o combusrible ranro domésric;como industrial. Dent¡o de los compuestos cottami¡antes del carbón s€ inclufanlas pa¡tículas (humo negro), dióxido de carbono e hidrocarburos inquemados.

En 1986 la CE declaró que <varios de los agentes tradicionates caúsantes deIa contaminación atmosféric4 como el huúo y las partfculas, estaban bajo con-trol en la Comunidad Europea en la actualidad (CE, 1987). Bsta meiorla e¡ lacal¡dad del aire urbaro local es debida a que se ha pasado del uso del carbón enlas industrias y en los hogares al uso dc la cnc¡gía nuclear, gas naturat y perróleo.Mientras que en los países de la Unión Europea y en Estados Unidos se hanlogmdo gra¡des avances en Ia reducción de compuestos contamina¡tes Droceden-tes del cárbón, en la Europa del esre y orros palses de renta baja se ha¡ hechopocos progresos. En aquellas regiones donde el carbó¡ aún sigue siendo unafuente de energía importante se ha reducido el potencial contaminante de lasgrandes centrales térmicas de carMn con la inclusión de procesos de lavado hú-medos o en seco pa¡a los gases de escape antes de la emisión. 'lbdavía existencantidades significativas de compuestos contaminantes en el entomo atmosféricourbano debido al transporte. Aproximadamente el 70 por 100 de Ia contamina-ción derivada del rnonóxido de ca¡bono se debe al rÉ¡sporte, al igual que - l0por 100 de los hidrocarburos inquemados y el l0 por 100 de los óxidos nit¡osos.

453

454 rNcEN¡ERfAAMBTENTAL

[á mejoría en la cal¡dad del aire se puede percibir como un gran éxito am-biental como lo demuestra €l hecho que el 80 por 100 de Estados Unidos (área¡urbanas)cumplen en la actualidad los Es!ándares Nacionales deCalidad del Aire(National Ambient Air Quality Standards, NAAQS). Sin embargo, en_1990 elDistrito de Ges(ión de la Calidad del Aire dc la Cosla Sur (en [,os Ángelesrintrodu¡o 160 normas a efectos de descontamina¡ aún más el aire en la bahía deI-os Árigeles. Desde luego hay que tener en cuenta que lrs Angeles es desafortu-nada por su topografía de tipo bahía. Continuamente se presentan problemas im-portan€s y cstán aumcntando con el crecimiento de las supcr ciudades ya que,para el año 2000, muchas ciudades tendrán üna población supcrior a los 25 millo-nes dc habitantes. Se inc¡uyen Ciudad de México, El Cairo y Pekín. De acuerdocon la CE (1992a), se hari realizado algunos progresos en la reducción de lasemisiones de dióxido de azufre, par!ículas en suspensión, plomo y CFC (cloro-fluocarbonados) a nivel de la Unión Europea, pero todavla persisten serios pro-bl€mas. Estos problemas están particularmente relacionados con los gares deefec(o invemadero como el dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno, ozono at-mosférico y metano. El efecto de concentración y combinación (sinérgico) deestos compuestos contaminantes da motivos de preocupación en la mayoría de lasciudades grandes o pequeñas debido al incremento de las emisiones de los vehículos a motor.

En general hay dos grupos de estándares de calidad del airc:

. l-os de calidad del airc ambientsl

. l,os de eúisiones industriales

Con cierta cautela se podla €mplear una regla general pa¡a fijar el llmite deemisión de los contaminántes de referencia en 30 veces el estándar del airc am-biental. Esto trata de tener en cuer¡ta el potencial de üa emisión para dilüirse en€¡ medio atmosfédco. Claramente la capacidad del aire ambiente pa¡a dispersaruna emisión dependerá de muchos factor.s, incluyendo la calidad del aire am-biente y Ia densidad de la emisión. A mayor concentÉción de cornpuesio contami-nante en la a8ñósfer¿ menor será la capacidad pam dispersar la emisión. El cau-dál o tasa de emisión rambién es importante y a mayor c¿udal menor serú el valoÍdel llmite pa¡a la concentración del contaminante que nos úatque el estánd¿¡.

ll! referencias ñás importantes para los esMndares tanto pa¡a el airc ambien-tal coúo de la emisión son:

. wHO (1987) --4ufas de la calidad del ¿ire pa¡a Eüropa*

. TA Luft ( l98D -Instrucciories Técnicás de Control de Calidad, Alemania

. Dire¿tivas CE (véase Tabla 8.1)

. USEPA (1990) -Estánda¡es Nacionales de C¡lidad de Airc

l,os estánda¡es de contámin¡ción at¡nosférica €n la IJE comen¿aron er¡ 1970 paralos automóviles a gasolina. Antes de 1970 algunos de los países de la IJE yaposeían sus propios estándar€s. El Reino Ur¡ido poseía su l,ey del Airc Limpio cn

+ Rcfedda por sus s¡gls cn ¡n8lés (WHO) o ér esparol (OMS, Organizác¡ón Mundial de laSálud).

t - - -

CoNTAMINACIÓNATMoSFÉRICA 455

¡956. Irlanda disponía de (algunos> estándares para Ia calidad del ai¡e desde1906 dentro de ¡a l¿y d€l Alcali, aunque fue reformada por la Ley de Contamina-ción Atmosférica de 1987. En Estados Unidos se introduio en 1955 la Lev dcControl de la Contam¡nación Ahosférica. Aunque proporcionó fondos para lainvest;gación y no cl control, fue un insrrumenlo lcgislativo clave. En l9ó3 lesigt¡ió la L¿y de Ai¡e limpio, sustancialmenrc legislativa. En 1970 se aprobó laLey Canadiense del Air€ Limpio. En la década de los 90 todos lcs documentosoriginales han sido revocados, sustitüidos o puestos al día a medida que se desve-lan nuevos datos y !e e\lablecen Iim;tes más nuevos y resrr ingidos para los están-dJjes de calidad de¡ ajre y niveles de emi. idn.

En la Tabla 8.1 se ¡elacionan las DirectivaVteyes más significativas sobreestándares de calidad del aire y emisiones tanto para la Unión Europea como para

Tabla 8.1. Directivas y normas de ¡a UE y EE UU sobre estándares de cali-dad del a¡re amb¡ental y emjsiones

g$Bd,frü*fiüs-#i,7O420rcEE $bÉ contmi¡lción mñosféric! d6iü

rüda pd vchlcllos d. grsolin¡,?2406/CEE sbrc contminlció¡ ¡hosÍnca ssio-

¡d'Pdvch,culddcdic*l '?5r l6rcEE sbE omgnido de uufrc cr cicnos coñ-

7616¡ |¡CEE t 35¿¡OCEE sobrc om¿nido dc plom

¡t stución *30 dc m¡yo dc t9?8- sbE @nr.nidodc duoc¡¡ború á cl n¡€dio iDbiar.,

Rcsloció¡ *15 dc júüo & 1980- úbc conl¡nin!-ción hnleior¡l pd SO, y PM,r

8O??9/CEE $bÉ cslid¡d ¡nhj.nhl y strtu*.n sq y

Deisión ---30372rcE8 y 82t95rc8E ebÉ los dlópnuoE¿tbonos .n .¡ aiE,

D..hión--$l/462rcEE Fbrcconr¿nirrión arnosfé,rca ú!¡leionül d¿ tü3o d0ar*.

Daisión ---42r459rcEE ebE EciD@idad de ¡os dárós d. conl¡m¡¡áción dmosténcs .n@ ¡os AMdos

82884rcEE sbrc corh¡do dc Dlomo c¡ cl ¿irc84,460rcEE sbÉ @nhin¡ción ar@sfé.ica pt@-

dcnr¿ dc pldró i¡dusrri¡tes.35,203/CEE atÁnder dc cólid¡d d¿l aic pffi cl Nq.Rctuleión -35¡/36 prokióD dc lc bos{ucs dc l¡

onhiEióf .rño.fé!id33t7rcEE stE .m¡ióe¡ d. ges pM.dcnB d¿

33i/drr'CEE sbE cnision.s dc eM pücd. ¿s ¿egmnd.s pldrd dc comburión

¡9669rcEE ebc co¡t¡ninacrón ¡rnósrénca debda anucvd incimÉdod dc RSU.

39/429ICEE sbE conr¡minociór lrhósfé¡ia debida aincincradótu de RSU ya ¿xisr¿mcs.

ProDD.sh -19 dc mafu d¿ 1992 s¿bE ¡a incinda-ción d¿ €sidrc8 p.liemss

1955 L¡y dc con¡¡mir¿ciór drGf¿rica.lt63 -l,y d.l Air Limpio.1965 -Lry dc con¡rcI d. l¡ córraminació¡ ahosfé¡ic¡

dcbid¡ a los nDrú,B dc vrl'fuu¡us.196? -!.y sobrc Cáli¿ld d¿l !ir..

1970 -Modif¡dc¡ons ¡ Ia by d.l Airc Limp¡o,

1974 -t y {h c@rdiroció¡ m.diombi.nLrl , 6umi,

1911 -Modinc&io.s a k ky d¿l AiD tjñpio,

t¡r ñomes USEPA $bó h iñplhdión dc l¡ l,y d¿l

40 CFR Pd¿ 50 -E¡tdndms n¡cion¡lcs p¡imüiosy sD¡ddios d¿ calid¡d del aire mbi¿nhl.

40 CFR Pdnc 53 -Métodos d. sguinicnro dc¡ ¡i6

40 CFR Pde 60 -ErÁDd@s dc ot reión dc nu.-

40CFR Pd.6l Esránd4s noctom¡es d. ¿nisiónde comlu.rs .onrúinmcs D.¡igrcs á .l

l99O -Enóiends a l¿ l¡y d¿¡ AiE Liúpío, Conpucslos lóxicd pe ¡a dñósrcm EJ¡¡¡dm na,

!6 conhituc

1990 Enmiend¡s ¿ la lry d¿l AiE Umpio.

1992 -EnnicndÁ a ¡at ydel Aie Ljmpio.

¿f56 INGENIERÍAAMB¡E¡.IAL

Estados Uoidos. Para más detalles el lector debe referirse al Capítulo 2 o a la

literatura de referencia.En la Tabla E.2 se relacionan las conce ¡aciones d€ las esp€cies traza en cl

airc limpio y contaminado. ks unidades se dan en pa¡tes por billón' .En l; T;bla 8.3 se retaciona¡ de manera general los focos PrinciP¿les de los

conlaminantes del aile. Se Puede ver que son el ráñco y las centrales érmicÁs loscontibuventes más impof;rcs de la contaminación ¿trnosféric¿. En la Sección E 4se expli¿an las tenden¿ias de la contaminación atmosférica a!í co¡no de sus focos'

8.2. SISTEMA DE CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

Se dice que una condición atmosféric4 en la que e¡islen suslancias con concen'

taciones más attas que el fondo normal o que los niveles del amb¡ente. está

contaminada s; tiene efectos que se puedan medir sobre los humanos, anlmales'

flora o materiales (por ejemplo, la lluvia ácida sobre los edificios). En la Fig!-

m E.l se muesFa u; diagrarira de bloqucs dc un sistema dc cont¡ñinación del

air€ tornado de Seinfeld (1986).

Tabla 8.2. Concentraciones de compuestos traza en atmósfera limp¡a

I El dióxido de c¡rboúo úo cs corh¡nirete cn snlido cstricto, va qúc d¿na Ia p¡nc alta dc la6tr¡tosfe6 pcrc no la c¡lidad dtl a'G ¡ n¡v.l d. tim

Adúptad; en par¡e de Seinféld. 1986. Copyri8ht @ 198ó. ImPrcs con autodaciór de lohn wilev

15 años

I dl¡l ( f¿

I r|fa

m da!8-10 rños

lclso ano6

> 100 g/mlI ,000- r0.000

4{0.00020-2005G?5050-250

l-83-50

l@500lG2525@

O,5-3 Nlnt

cocorSO,NONo'HNO,HNqo,Nt{,

NpH,SPb

t20320.00010,2-10

0,01¡,60,1-l0,001

0,02{,32GEO

l {1.5@300o,2

-l,h-.1

{$coCO,sqNO.voco1HC

HgCucdZn

cFc

CONTAMIN CIONATi\,,OSFÉR¡CA 457

Tabla 8.3. Pr inc ipales compuestos contaminantes del a i re y sus locos

f Por ejemplo ¡a plánta d€ rcprccesado de Scttafietd (RU).

Un foco de contaminación atmosférica podrfa ser una central témica de car-bón. Elcont¡ol en origen podría serunas unidades de lavado de los sases antes dela emisión. Los detectores podri¿¡ ser mo¡ito¡es en lfnea para SO;l¡s recepto-res podlan ser un indicador biológico (por ejemplo, llquenes). Cuarido el delec-

F¡gura 8.1. S¡stemá de contáminación atmosférica1986).

ladáptado de Seinfe ld,

458 TNGENTERIAAMBIE\"IAL

tor o el receDtor p€rciban niveles de emisión inaceptábles se Podria generar una

resDuesta auiomitica de contiol. es decir, reducir los caudales de emlslon Las

;í;;;l;;ü;i";pueden ser pcrsesuidas Por ra resisr¡ción' forz ando modi '

ficaciones en loi procesos de emisión o control en oriSen es declr' lnslalaclon oe

filtros de carbón;ctivado pam los gases de combustión-

8.3. LOS CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS

Los <contaminantes primarios, son aquellos que se emiten desdc un foco identi-

ficable- l-os riás significátivos son:

. so¿

. c o

. N q

. s q

. Palículas

. Hidrocarbüros

. Met¿les

l-os .contaminantes secundarios> son los que se forman e¡ la atmósfera por

reacciones qufmicas Y se incluyen:

. O .

. Oüos oxidantes ioJoqufmicos -nitrato de peroxiacetilo

. Hidrocá¡türor oxidados

[¡s ccontaminarites ale referenciat se definen por los BE UU' UB y OMs e

incluyeni

. c o¡ NO¿. O 3. so". Pú-10 (materia particulada de diámetro < l0 m). Plomo

Ot¡os contamina¡¡tcs como alSunos hidrocsrburos han sido excluidos de-la

lista america¡a. Todos estos están¡a¡es se someten a revisiones periódicas y las

ii.Ál-fo. "

r¡"¿"*t "ambian.

Por ejemplo, el humo negro (pardculas en sus-

oensión) sotía ser un problema en el inv¡emo en Dublfn debido a las chtmeneas

l"'"*tá" i" f". "wü"das.

Sin embargo y a rafz de la introdücción del "8asnatural. v +carMn sin humo". el humo negro ha déiado de ser un problema Es

Drobable que en un futurc cercano Pueda no haber necesid¿d de un eslándar de

ñ;;;¿;; h uE. En cambio es un problema que pcrsisk en la EuroPa drl

Este.

CONTAMINACION AT]tf OSFERICA

I lstánd¿rcs de calidad del airc ambientalpara los contaminanles de rcfcretrcia

459

8.3.1.

En la Tabla 8.4 se muestran los csríndares de C.rlidad dc Aife Ambicnkl paraEslados Unidos, C¿lifornia. Ia Unión Europea. Ol\4S y Alenrania. Cu¿ndo alEún\ 'onru¡nrnanlc no e"¡r contempl¡do cn c¡ e¡ lanJ:I Je l . r Uh e. Iubi tul l que lo¡prises adoptcn el estándar de la OMS y dc TA Luft. En l¿ Tabla 8.5 se muestra¡las propiedad€s y k trascendenc¡a de los conraminarrres de referenc¡a.

Puede considerarse que los contaminantes de referencia existen normalmentecn bdas las zonas ürbanas. Sus concentraciones variarán dependicndo del nivelde la actividárt indL¡str;al y de r¡áfico así como det gra¿o de sofisric¡ción de sucontrol, Ade¡¡ás de los seis conta¡niDan(cs de refercncia. tantbién Dueden emilir,

Tabla 8.4. Estándares internac¡onáles de cat idad det aire ámbicnt¿lpara contam¡nantes de relerencia

, . . , / : i - , '

, / . _ r , : r r l

: . } : ' ' j i : | f s , J ¡ ' ! r ! . |

' Có¡t¡ir¡ii¡'iL ' lr¿{¡

,.r,: ' l . , ir ' r ¡, r .., i i ,,

EEr/¡U

USDPA

cO (Dooóxitlo dú carbono)

NO" (dióxido dc nitró8eno)

SOr (di¡j\iJu dc rur¡c)

SOr+PM-10

30 mir)

8 h

u h

8 h24h

l0O dfas

l b24h

2 4 h

24h

2 4 h

3 h

40.000r0.m0

100235

1.30036580

t5050

t ,5

260'15

ió0cIlJ

23.00010.00!

470

t 3 0

655

105

5030

¡ . 5

200

250-35080,12025080

100 r50

2

60.cr0030.000t0_000

t 5 0

200

ó560

50{J350

t2540.60

12550

60-90

0,5 I

30.00010.000

20080

400140

150-300

2

Tabla 8.5. Prop¡edades y trascendencia de Ios contaminantes de referenc¡a

(PM-r0)

Inódorc, gas asfrriante, solübleer H,O pm p¡¡ducn ác¡do

Mateda panicúládi < I0 mic¡asen d¡ámclro -hümo ne8rc.

Metal pésado, bioacunul¡rivo.

Se foma duúnle la combu$iór ircon-pler¿ de los hidr€árbuos. Caüsa elefccto invemad¿rc y cl c¡nbio climá'

Componcnrc ai8rificatiyo de l¡ niebl¡fotoqufm¡@ y l¡ déposic¡ón de ácido

Ur contan¡nante sundeio, Producidoduránre la fom¿ciór d. It n¡ebla folo_quimic¿. Prcv@a dáños.n la flora Y

Componente pnncipal dc la depos¡ciónd€ ácido, Daños en humanc. flor¿.

Odginadoon l¿ quema dc c¿¡btu en tascentrales 1éñic6, i¡dfico, ch¡mcn€ds<tc vivi€rdas, ircirc@iór, min.rí¡.Pucde @ionor Prcblcn¡s ÉsP¡6_

La fuenté pdncipal es l¡ gásolina co¡plomo. T¡¡¡bié¡ de las tub€rfas dcplomo, m¡ncla. ircindeión. En cx-€€s dála e huñáños y flüná

AdaPrádo de oMs, 1987.

460 ¡NGEN¡ERÍAAMB¡ENTAL

sc a la atmósfcm cientos de otros compuestos. Estos últimos tienden a ser especificos de cada industria y no son tan omniPresentes como estos cont¡minantes derefe¡encia. En la Sección 8.7 se examinan estos contaminantes (no de feferen'ciat.

8.3.2. Unidades de concentración

Las diferentes formas de expresar las concentraciones de los contaminantes delaire son:

. ppm (v/v)

. ppb (y/v)

. mÉ/Nmt (Nnf = m3 normal s€co, es decir, en cN'z, temP = ffc, presión == 1.013 mb)

El <metro cúbico ¡ofmal,r es importa¡te si la temperatura de emisión es mayorque la atmosférica ya que un mol de ga¡ emitido no ocuPa 22,4 litros. A temperalu-ms y presiones no nomales (no esüíndar). se lienen que hacer varias correcciones.

CONTAMINAC¡ON ATIüOSFÉR¡CA 46I

En CN* (0'C y 101,3 kPa), I mol de gas ideal ocupa 22,4 1-

En cNN+. j ,nor - 22.4 , - l . lol kPu

213 K P

doflde ¡ es la temperatura del gas en Kelvin y P es la presión del gas en kPa.

Si la temoeratura del gas es 25 oC, entonces

2981 rnot = 22,4 x

n3= 24,5 |

Si Ia temperatu¡a del gas es I.000'C, entonces

t .27 3I mol = 22.4 x

273 = 104,5 |

Por lo tanto€s impora¡rtÉ dal.se cuenta queel estándar se escribo cn condicio-nes CN.

Elemplo t.l. De la Tabla 8-4, se ve que perá I horá el estándar segúr laOMS (198?) para CO, NO, y SO¿ son 30 mg/rnr,400 tglmr y 3501g/m3 respectivamente. Calcul¿f estas concentraciones en ppm en CN.

Solüción: Un rnol de gas ideal a temperatura (0 oC) y presión (101,325 kPa)normales ocupa 22,4 litros

mr I lconcl s/mr Itcuncl ppmv - = : = :--* x (U^." = 22,4) :1 x lO-1

m' I (peso mol) g/mol ' '""' ' mol

donde ppmv : pates por millóí en volumeny pp¡run = pafes por ñillón en m¿s¿ = [conc]g/m3

d) Peso mol de CO = 12 + 16 = 28 gl¡nalPor taíto

30 x l0-3 g/m3x 22,4 x l0a ñ lrjíol = 24 x l0a gl g = 24 ppm

28 g/mol

,) Peso mol de NO, = 14 + 2 x 16 = 46 úñol

400 x 10{ g/mlx 22,4 x l0-3 mr/mol =

46 Et mol

= 195 x l0 q g/g = 195 ppb = 0.195 ppm

CN = Condiciones .omares de prcsiú y remp€rdtu.a.CNN = Condicioñes ño nomales o no estándd.

462 TNGENIERIAAMBIENTAL

c) Peso mol de sor = 32 + 2 x.16 = 64 glrnolPor tanto

y_- _ J50 x l0{ 8/mr x 22,4 x l0-r m,/mot = 0,125 ppm = I25 ppb64 g/mol

8.4. CONTAMINANTES DE REFERENCIA

8.4.1. Monóxido dc carbono: CO

El monóxido de carbono es un gas incolom' inodoro e insípido y el más abundan

ád" los contaminantes de rcfdrcncia con una tasa de emisión por persona y año

0"" "*."¿"

f"" IO0 kg. Es el producto de la comb¡rstión incompleta de los com-

üuiriui". .uÁonoto.,-¿undo io en vez de col Alrededor del 70 por 100 de todo

el CO procede de fuentes móviles {véanse Tabtas 8 6 y 8 7)' y prácticamente lodo

rr".J" á" r." *¡i""1* á moror' T¡ene efectos perjudiciales pa¡a la salud huma

na. sustituyendo al oxígeno en la sangre formando la cad)oxihemoglobrna

i-CoHu). s'i .t pot."nrai; de coHb excede el 2 por 100' la salud se deleriom

temooralmente, y ese nivel se da en personas que desarrollen una tuerte acl¡vrdao

física en ambienies con niveles de CO mayores de unos 30 Ppm Petersen y Allen( 1982) han probado que sujetos que se desplazan en vehfculos ¿ molor €st¿n

ixouestos a niveles incluso mayores de CO que los niveles que mrden l¿s eslaclo-

nei de seguirniento fijas de CO en el aire ambiental En la Tabla E b se muestran

iui.-iri8n., toot.t"¿o co per cápita. se indica que los niveles- en la uE son

aoroximadamente de 100 kg per cápita mientras que en Estados unrdos ronoan

lás 300 kg per cápio. En la Tabla 8.7 se muesra la cantidad total de Lu enüIna

Tsbla 8"6. Emisiones totales de monóxido de carboño pér cápita

,,,l4ó145t42135l 3 ll3 l

r29

8?E386868989909498

103106I 1 4

148¡,K)1009 la 7E58480?8

76?8

240226195175162t 5 rt52146148t43¡ 4 1133

495189350

3 l l3 1 83032502642622@

19701975I960l98lt9821983t984¡985198ó¡98719881989

D¡tos de UE, l92b cor autorizúión

CONT NllNACIOtr"ATMOSFÉRICA 463

Tabla 8.7. Emis iones lo ta les de monóx¡do de carbono - fuenle móv¡ l (M)

por fuentes tanto móviles como estacionarias. Er¡ la Unión Europea y en los Esta-dosUnidos,las fuenles móviles aún aportan el70 por 100 de todo el CO. En estastablas también se muestra que mientras que los Estados Unidos, Alemania y losPalses Bajos redujeron sus apones ¿proximadamente a I¿ mirad enú€ los años 70y 80, el Reino Unido e Irlanda han incrementado sr¡s emisiones. En 1984 EstadosUnidos tenla aún casi tres veces la carga por habitante de los países de la UniónEt¡ropea. Es interesante hacer nota¡ que desde 1980 los niveles no han exper¡-mentado ninguna mejorla.

L¿ producción natural de CO es alrededor de 25 veces la de origen antropogé-nico. h mayor fuente de CO natural es la oxidación del metano en la troposfera.Así los ciclos de CO y CHa son interdependientes.

8.4.2, Óxidos de nitrógeno: NO,

Entre los óxidos del gas nitrógeno se incluyen:. NO --¡xido nítrico. NOz -dióxido de nitrógeno. NO3 -trióxido de nitrógeno. N,O -¡xido nitroso. NrOs -pentóxido de nitrógeno

Así como sus ácidosi. HNOr -ácido nitroso. HNO] -ácido nítrjco

y eslacionaria (ES)

: . . , l

f,E I'U : R€ino Uddo '

, ' M , r: Es .: M : E S : M . . E S M E S , . M ; E S ,

9149159809 8 r942981964985946947988989

141W65.0005ó. ¡0055.40052.9C\]52.40050.60041.900

43.3004¡.20040.000

27.000r9. r 0023.50022.| f f i19.40022.tN2t.2@2r.800t 9.40020_90023.80020.900

8.92010.1528 . 8 r 37.1687.355ó.9006.7466.3r4

6.5396.477ó.100

5.ó203.8353.1933.0012_6202.3942.5772.580

2.842 . 12.172

t.490¡.495|.043

9389 r 989ó859806

768795

4384233693ó0l l l321346351353352t58351

3.0913.5083.89ó3.9384 . 1 @4 . t ó t4.3354.4314.6585-0745.3555_792

t .147l . ¡57

9338918¡J485475088?8118 1 8"t85730

3 l ¡420421408384366355

,:

5 1'11

19858898

tol

,j

Datos de UE, 1992b con áúto.iac¡ón.

464 TNCENIERIAAMBISNIAL

Los NO- se producen durante el quemado de combustibles fósiles: gasolina'

."rOO'n,."4'.i" y g"t n"tural. por medlo de dos Procesos Los denominádos 'NO,

de carburantcso se producen por la oxidación del nitrÓ8eno que conlrenen eslos

oio¿u",ot. gt n". nu,ural contiene cantidades despreciables de niró8eno mienlras

oue el petróleJ o el carb<in pueden contener hasla un 3 por I 00 en peso de- nllrÓge-

;o. En;ombuslibles líquidos. el contenidode nilr6Seno es de I a2 Por 100 (Marin

;;";:'ñój;;;i;;,ribuye a la formación del¡0 al e0 por t00 del No,,roral't-oi Oenomináaos .Nq rérmicos, se producen por la ox¡dacidn de Nr-aunoslérico

molecular a elevadas temperaluras de combuslión en presencla de oxlgeno (seln-

t"ta, ilf¡. I-a ."yo.i" áe las emisiones de No, se encuentran en forma de No

quc rápidamente sé oxida a NO, en presencia de 02 u Or según las reacciones:

(8.1)

(8.2)

El NO, es más pesado que el aire y soluble en agua El NOr se puede disoc¡¿r en

NO o iroseguii su oxidación a HNOr o HNO: según las sigu¡enles ecuacrones:

(8.3)(8.4)

Además. el NO, puede r€¿ccionar con comPuestos orgánicos Para Produclr nIE-a-ros de Deroxi¿c¿iilo (NPA) o con hidrocarburos cn Prcscncia de rad¡ación solarpara producir nieblas *l

HC + NO; + radiación sola¡ = niebla fotoqufmica (8'5)

Los NO- oLasio¡rar imPon¿¡tes cfcctos sobre la 63lud y el medio ambiente- El

No, ouede iausar problemas rcspiratorios. El NO y Noz pueden producir niebla'que'Drovoca enfermedades en pulmones y bronquios El NPA en presencla de

niebia ouede ocasiona¡ irritación ocula¡ mienFas que el ozono af'cta a la respra-

ción. Ei ozono perjutliia gmvemerite a l¿s cos€chas' disrúnuyendo¿I rcndimien_ro ¿e las rnismas. i-a tabla 8.8 muestm las eñisiones de NO, anuales p€r cápita-se ouede ¡Dreciar que las emisiones en la Unión EuroPd rondan los 40 kg (pcr

cÁoitu v -á) .n coáp"*.¡ón con los 80 kg er Est¿dos Unidos En la Tabla E'9 se

aprecia que las emisiones de NOr se relacionan con fuentes móviles o est¿ciona-rias. Se ve que alrededor del 40 at ?0 Por l0O de las emisiones provienen defucntcs móvilcs y los valores pam todos los Pafses hán sido relárivamente cons-tantes desde aprox¡madamente el año 1970 En la FiSura 8 2 se reprcsentan las

emisiones periápita. que han cambiado muy poco desde l9?0'

Ejemplo 8.2. Calcllar la Producción anual de Nq proctdenle-de-50'000vehículoide h ciudad de Cork, si la tasa de emisión de NO, es 2'0 g/km Porvehículo.

2 N g + O r = 2 N O 1

N O + O r - N O ' + O '

2NO?+Hzo + HNO3 + HNO,

3NO?+HP - 2HNo?+No+Oz

* Con@idas smbién po. el léñioo inglés 4no8"

CONTAMINACIóNATNÍOSFÉRICA 465

Tabla 8.8. Emis iones tota les de d ióx¡do de n¡ t rógeno pe. cápi ia

So/rci¿ín. Asumir que anualmcnte un vehículo recorre 20.000 km. Entonces

Cada vehículo produce 20.000 x ) kg = 40 k8 Nq

50.000 vebículos produccn 40 x 50.000 kg = 2.000 toncladas de Nq

Tabla 8.9. Em¡s¡onos de d¡óxido do n¡trógeno -fuontos móviles (M)y estac¡onarias (ESl

Dióxido de ni¡rógeDo (ks No/cipil¡/¿io)

EE UIJ.

915

981942983984985986987988989

8989

89848 l

8 l8378a0

l94248

4'¡.18

4948

l534

3938] E38l83939

J1

454343424¡4 l

45

4 1

I 920¡ 9t 8t 8t 7l 9

32

Datos de UE, 1992b con aüro¡iz¡ción.

10.600t0.200l l . l @I1.00010.60010.500I l .100I t.000t0.800t r . l00I L700

2t l2583033ó3333333443353453503ó5346

2442062ta2t6ztl2A2t42122202282202U

49

Dalos do LrE 1992b con áuroriació'¡.

466 TNCENIERÍAAMEIENTAL

80

4 6 0

& 5 0d a o

.9 '0

Aiio

F¡gura8.2. Emisiones totales de dióxido de ni trógeno percápita,1970 1989

Not¿'. Con I millón de vehículos circulando en lrlanda a una media de

20.000 km por año, resuha una producción anual de NO de 40000 ronclada\'

que es del o;dcn de la ci f ra de | 987 p¿É lr lsnd¿ ral co¡"ú aP¿rece cn la Tabla 8 9

8.4.3. Óxidos de azufre: SO,

l,os óxidos de azufre son producto cle la combustiÚIt dc combustiblcs fósilcs'

nomalmente derivados del petróleo y carbón. La emisión gaseosa preclomlnante

de azufre se encuentra en la-forma de dióxido de azufre con pequeñas cantidades

de trióxido de az¡rfó. [,os combustibles contienen cántidades significativas de

azulre (<l por t00) bicn como sulfuros inotgánicos o azufre orgánico que. una

vez quemaáo, se liberan en la forma d€ SO, y SOr. Las siguiontcs r$cciones

muestmn cómo el SO, se convierte en ácido sulfúrico:

n : X h * * H R 3 3 3 3

I

SO,+OH- -HOSO;

HOSOI+O¡+SO;+HO;

Sq+H,o 'H,so;

(8.6)

(8.7)

(8.8)

hs Daflculas de sulfalo (SOl-) se encuenlran en forma de depósios secos o

hrlmedos. Para la formación de depósitos húmedos el vaPor de agua se combinácon HrSOa pdra producir las gotas dc lluvia ácida. El pH del a8üa de lluviá noFmalmánte iiene ún valor de unos 5,? (véase capíolo 3) y por definición ésta seconsidera ácida si el pH es inferior a 5,5. l-a lluvia ácida es frecuente en la palecentral y atln más en la zona este de Estados Unidos. También es común enEuropa, particula¡rnente en lá Parte cenlml, con Países como Alemania e incluson'e. ál citc.omo zonas más afcctadas El impacto ne8ativo de los niveles de So,se produce sobre lodo en personas y plantas. En ambientes con unos niveles dcaoáximadamente 25 me/mr duranté é¡posiciones de l0 minutos se perjud¡ca eltuncionamiento de los bionquios. El cricimiento de Ia masa forestal se inhibe a

Tabla 8.10. Ernisiones totales de d¡óx¡do de azufre oer cáDita

9't09759809 8 1982983984985986987

989

¡191201039892899 l888682

83

6254524941

39373220I ó

62l ll 53328222 ll 9l 9l 8I 8I 5

596

19'15

694(

6968

65

59

55

403 139

49

D¿ros de UE, 1992b con auroriz¿ción

CON-I'AMINACIÓN ^T]\1OSFÉR¡CA 467

niveles tan bajos como 50 g/m'(véase la Tabla 8.4 par¡ estíndrres dc aire ¡¡nt

En 1a Tabla 8. l0 y 1a Figura 8.3 se mueslran los niveles anuales en ki logr¡mosde SO- per cápitá y año. Se ¡frecia cdmo jo( paise\ de lt Europr conrinentrlproducen unos 30 kB po¡ persoDa y año mienrras quc el Reino Unido v los Es(a-Jos Un¡dos p¡oducen uno¡ 60 y a0 kg rcspec(ivamen¡e. Las erni . iones de SOpam fuentes móvi les y er lacronaria5 se mueslraD en I¡ T¡bla 8.I l . Cl¡ramenre eiSO, es un p.ohlema de fr¡ente esracionaria, ya que el 66 por 100 rtel SO, provienede las cenlrales lérmicas de carbón o combust¡bles líquidos mientras que et 25por 100 proviene de olras induslrias productoras de su propia energí; usandocombüstibles fósiles. EI 7 por 100 proviene dc las refinerías de pctróleo y sólo el

120'd 100

E B o

\

F¡gura 8.3. Emis¡ones totales de d¡óx¡do de arufre per cápita, 1970-1989.

468 INCENIERIAAMBIENTAL

Tabta8.11. Em¡siones de dióx¡do de azu{re -fuente móvil (M)y estacionaria (ES)

3 por l0O tiene origen en el transpore. Lás emisiones de fuentes domésticas seconsideran en la actualtdad insignilicanles (excePto en la Europa del este) auoqu<por ejemplo fuesen el principal causante de las nieblas (smog) de l-ondresde 1952.

E.4,4. Partículas: PM-10

La materia particulada (partículas) del aire rcpresenta una mezcla comp¡eja desustancias orgánicas e inoqánicas tlpicamente dividas en dos gnlpos como semuestra en l;Tab¡a 8.12, Entre los términos usados Pam describir la natüralezade estás paffculas se encuenüan: materia paniculada en suspensión, Partfculas en

27.80075.2N22.5W2 |.?0020.60020,00020.1@20.20019.80019.50019.800

D¡tos dc LrE, 1992b @n &trorizción.

Tabla 8.12. Tamaño de Partlcula

> lO rm

Acrcsoles, p¡rlculas dc cu'nbustión,vápoÉs de co$puéstos oryódcoscondensádc y mcbles (cortaminantcs pn¡¡arios y sundeios)

Valores tfp¡cos

CONTAMINACIóN AT]\lOSFIJRICA 169

suspens¡ón tota¡cs, humo negro, patícul¡s i¡hrhblcs por ¡rl 1ór.rr (quc sc dcoos,lan en lo-s conducros rcspiralorios inferiores. por debajo dc Ia lariDge) y los pM,It) { l i rmino u\rdo p.,r ¡3 USTPA quc indicr lJr t icub. con un Ljr . i rncrr, , ¡eroJi I i imlco rnlenor a los I0 /¡m). Enrre lo. mérodor xnal i r ico. sc inclLrye¡r l ¡ . nrcdicro_n€s de (bumo negror, cuyo mérodo se basa en medir e¡ grado d; ensuci¡nrjentode un fil(ro blanco lras pasar una ¡nasa de airc por aqué]. las p 1ícuhs totales ensuspensión se miden por métodos gravjmétrjco; obténiéndosc unas concentmcio-

ores quc ct mirodo dcl hur¡o ¡rcgru. Eslo es debido a qucer merodo gmvrmelrico es capaz de medir parlículas mayore!. dc 2 a l0 /m. queno se pueoen deteclar en el mótodo del humo negro,

L¡s panículas se encuenLran en las zonas l|rbianrs procedenres de ccnlr¡lestérmicas, proc€sos industriales, tráfico de vehícülos, combustión doméstica rlecarbón e incineradore\ indusrr iales. L¡ Tábla g. l l muestra algunos valores oar¡Ias zonac urbanas y rurates. En ta Tabta 8.I4 ) ta p¡g-, S.q , . i r"¿"

"pr". i ; r ' ;u.Ias panlcutas presenies en et arre h¡n di \mi;uido Juyu*¡f ."nt" ¿.1¿" lqZó-yahora se encuentran en unos 5 kg p€r cápita y año en la Unión Europea, Ei

Tabla 8.13. de humo negro y concentraciones de pM

Tabla 8.14. Partfculas totales per cápita

Dalos de UE, I992b con ¿urorización.

1970t975r980t98lt9a2198319841985

198?1968t989

904931353 l303 t3029302E28

r9l 08E'7

71

655

t 4

t ;l lr09

7

775

t 9l 2t 0l 0t 099

l 0l 09

28

28n3233

: 6 0

20

Figura 8.4. Part ículas totales per cáp¡ta, 1970'1989.

la Tabla 8.15 se muestra que las fuenles estacionarias emilen alrededor dc lresveces más quc las fuen(es núviles. Asimismo sc dcnota que en Irlanda las fucntesestacionarias emiten alrededor de diez veces más que las fuentes móviles Esto sedebe a la existencia de certrales térmicas de cartón, turba o petróleo que hasta '.

1995 no han dispuesto de sistemas actualizados de lavado do gases de escaPeLas concentmciones excesivas de sor, hümo ne8rc y partículas totales en

suspensión sc asocian a aumentos cn la mortalidad, cnfermedades y dificultadesrespiratorias. Se hademostrado que exposiciones de 24 horas a humo combinadoco; SO, a 500 g/m3 resuka en un aumento de las enfermedades. El límite delestándar de la UE para ¡n período de 24 horas se encuentra entre los 100 y

470 rNcEN¡ERiAAMBIENTAL

R S g 6 g 5 é s 3 5 t s 3I P E C 9 P e e 9 e e g

Tabla 8.15. Part ículas - fuentes móvi les (M) y estacionarias (ES)

Datos de UE, 1992b con autoriación.

CONTAMINAC]ONATMOSFÉRICA 47I

150 9m'p¡r¿ hur¡o cornbinado con SO. y cntre 40 y 60 g/rnr p.rra uD períodoJnurl . rr l ) con)o \c Inue\rr , cn i ¡ tahh,t .¡ .

8.4.5. Compuestos orgánicos volátiles: COV

Los conlaminantes orgánicos del a¡re lo comprenden los hidrocarburos y otrassusr,ncirs (alrededor del 50 por 100 de hidrocarbnros). Muchos de elios son reac-tivos (excluyendo el CHa) e¡ el aire y provocan cfectos considerables sobre lasalud y el ambiente. El HC más abundante es el mekno con unas concentracionesamb¡entalcs entre I y 6 ppm. Las sustancias menos abündantes aünque las másreaclivas son los compuefos orgánicos volá(iles entre los que se incluyen: óxidode etileno, formaldehído, tenol, fosgeno, benceno, telracloruro de carbono, CFCy PCB. Casi todos éstos son productos elaborados y son canccrígenos conocidoso sosp€hados. Muchos son prccur¡or€s para los oxidaotcs foloquínicos y rcac-cionan con el Nq y O, para producir niebla y contaminación por aerosoles enpresencia de radiación solar. Estos compuestos pueden producir initación deojos, gdrganta y pulmones ásícomo inhibición del crecimiento de las plántas. Tály como se muestra en la Tabla 8.16 y la Figura 8.5 las emisiones de COV provie-

fabla 8.16. Emis¡ones de COV oer cáoita en 1985

*ffi!'-#ffi.r*Éffi i,,É"ia;ü gscgfrefr*.r-* eóyelr1si¡i;,i,¡,

1Transpone por ca¡rctem

Evapomción de disolven$s

Combúsdbles fósiles rólidos

Mio€l¡

Preesos de producción

Prc.esos de co¡nbustión en la

Producción dc calor ; .cmercios, rcsid€ncid y oFgdismos i¡srirucionales

l ó

l0

<0.5

2,O

7-60

8

l0

5

t 9

l 8

<0,1

<0.5

t'l

29

<0,1

-95

l 5u

<0,5

I

-29

t4l 2

t ,5-69

l ó

t 27

- 1- 7

- 8

- 3 1

Dalos de UE, 1992b con autoriz¡ción.

'o,i90

472 ¡NCENIERIAAMB¡ENTAL

CE 12 Aletuni. P6¡ssOcc¡d€nral Aaios

El Náur'lEE Disr.ibución d6 sss

I r¡"n"¡e,o"I combür¡bl6 ló.ires sólidos

E Eeápo.ación de di$lw¡t€s

I vóhlculos

t '

8 ¡ o

Figura 8.5. Emis¡ones de COV per cáp¡ta en 1985.

iiones de CbV se dist¡ibuyen enÍe las diferentes fuentes emisoras: 27 Por 100 'del transporte por carretera, 1? por 100 de la industria de disolventes, 15 por 100 |de la minería del carbón, 1? por 100 del metano de los vertederos, l0 por 100 delas redes de gas, 12 por 100 de fuentes naturales (bosques, etc.) y 2 por lO0oroccdcntes de ot¡as fircntcs. Las cmisiones totales de COV en el año 1985 estu_vieron cnm los 30 a 90 kg per cápita. [,os estánda¡es de calidad del aire noimDusieron unos límites para las concentraciones de COv y este hecho se debió aqui no existe ninS¡tn llnüte se8!rc para la mayola de estos compuestos. Porejemplo el benceno es un cancerlgeno conocido para el que no se conoce ningúnlimiró umbral dc scguídad. La oMS 41987) há afirmado que una concentraciónde I lglm3 de benceno en el aite impone una probabilidad de 4 x l0_ en desarro'llar lericemia a lo largo de la vida. Sin embargo, las autoridades reguladora! hanfijado los lfmites de emisión pa¡a determinadas industrias como ya se discute enla Seación 8.8.

8.4.6. Hidrocarburos:HC

l¡s hidroca¡buros forman parte de las emisiones de COV. Estos compuestosorgánicos únicamente contienen ca¡bono e hidrógeno. Habilualmente son deriva-dos del petróleo y se clasifican segfin se muestra en la Tablá 8 17.

El hidrocarburo más abundant€ es el metano, como ya sc me¡cionó en lasección an¡eriof. Debido a que el metano es inerte no es un contarnlnante grave enla t¡oposfera. Sin embargo, e¡ la actualidad se considem uno de los gases deefecto invemadero siendo producido por los animales, en lás masas forestales' enzonas pantanosas, en vertederos, en vehlculos, etc. Asimismo, se empieza ahora aconsiderar como un gas que afecta a la capa de ozono. lrs alquenos (u olefinas)son altamente reactivos, por ejenplo al combinarse el etileno con los NO, se

ncn de ün amplio abanico de focos. Esta tabla es incomPleta debido aquealgunospaíses fucluyen el metano micntras que otros no lo-hacen. TfPicarr¡ente las emi-

Tabla 8.17. Clasi l icacion de los hidrocarbu¡us

Erireno + Nor + N¡^. ol

CONTAMINACIONAT]I4OSFERICA 473

produc€ nitrato de peroxiacetil (NPA) y ozono. Pero los hidrocarburos más p¡eocupantes son los aroDrát¡cos o dedvados del benccno. Aunque no son muy reacri-vos, varios compueslos derivados del benceno son cancerígenos o sospechosos.Entre éstos se incluyen los hidrocarburos polinucleares y los compuestos del ben-ceno.

hs principales fuentes de hidrccarburos producidos por el hombrc son eltráfico, la producción de prcductos químicos orgánicos, el transpone y refino decrüdo y la distribución delgas narural. En la Tabla 8.18 y en la Figura 8.6 apareceque la producción de HC varían entre los 30 y 90 kg per cápita y año. En taTabla 8.19 se muestra que la producción de HC en la UE proviene en un 50 por100 de las fuentes móviles y en otro 50por l0O de fuentes estaciona¡ias, mienrasquo cn Estados Urlidos, la producciJn de HC prolcder¡te dE fuentes estaciona¡iases alrededor del doble que la procedente de fuenles móviles. La producción deHC únicamente ha descendido gradualmenle desde 1980. Las fugas de gases eran

Tabla 8.18, Emis¡ones totales de h¡drocarburosper cáp¡ta

Datos de UE, 1992b con aubnació¡.

\970t975¡980l98lt9E21983l9E41985198ó1981l9E8r 989

128102989 l84

9 ¡83197A

484545

4343434)

434242

4 l4l3533323 I302928272727

3 t3 l333434

343434353536

l 5l 8l 8I El al 8l 8

30

474 ¡NCENIERIAAMBIENTAL

120

€.100

20

E É E É E E ER p s s g

F¡g'rra 8.6. Emisiones totales de hidrocarburos per cápita, 1970-1989'

un foco significativo de producción de HC (anto en lrlanda como en el Reino

Unido hasta aproximadamente 1985

Ejemplo 8.3. Calcula¡ la descarga de HC procedente de una población de I

millón de habitantes si:. 300.000 vehículos recorren al año 12 000 km emiti€ndo cada üno I g/km. El consumo per cápita de pinturas sintéticas es de 2 litros Por año con un

contenido en HC de 1 kg Por litro.. El consumo per cápita dé HC procedentes de productos disolventes de lim-

pieza es de I kg por año.

Tabta 8.19, Emis¡ones de h¡drocarburos -fu€ntcs móv¡lq6 (M)y estác¡onar¡as (ES)

ltff:i97091s98098t9E29E3984985986941988989

I L l009.29J7AN7,200ó.8@6.?006.800ó.4006.200ó.0006.100

t5.10012.800¡4.900t3,?(¡)12.800B_800t4J0013.ó00r3.20013.60012.400

.030

.210

.310

.u2

.254

.26

.247

.269

.32238_134.21J

.85t

.598

.4 t9

.379

.364

.355

.339,304.269.263

2892492362182t1215zt2203202m2207? l l

251262662562462322t7213202196189tE6

4034416066tt639632648646

691729788

t.3471.2E61.28112741.2731.2111.2591.280r.2931741l.284L Z E I

293 13836343232

l925252728

tDaros de UE, l92b con áútori¿ción.

CONTAMINACIÓNATillOSFERICA 475

Solución:

Vehiculos. 300.000 x t2.00{r r .L = 3 696 ¡e¡.¡r¿..t0 '

Pintu¡as: 106 x 2 kg = 2.000 ro¡eladas

Disolventes con HC: 106 x I kg = 1.000 toneladas

Total = ó.600 toneladas =

= 6,6 kg per cápira y año

8.4.7. Ozono: 03

El ozooo es considerado como un contaminante de referencia ya que se asociacon la niebla urbana. Sin embargo, es un contaminante secundario. Los óxidos denrtrógeno y varios hidrocarburos en prrsencia de radiacióo solsr llevan a cabo unconjunto d€ reacciones complejas que producen conlaminar¡tes secundarios uoxroantes totoqufmicos. El ox¡dante más abundante es el ozono rOr). La forma_ción de la niebla se simptifica en la siguiente reacción:

Hidroca¡büros + Nq + radiación + niebla solar fotoquímica

Las fuenks de HC y NO, en las zonás urbanas son primordialmente los vehlcu_los..lr rrradieción del aire que contiene h¡drocarburos y óxidos de nirrógeno

. Oxidación de NO a NO,

. Oxidaciór¡ de HC

. Formación de q

^^ I¡s niveles de fondo de O¡ en la Eoposfera ¡impia se encuenhan enrre 20 y6u ppD, mrentras que en las zonas urbanas contaminadas pueden alcanzar concentraciones de hásta 500 ppb. Unos niveles elevrdos di o.ono se ̂ o.ian ueleclos en lá salud tales como constricc¡ón de pecho e irritación de las mucosas.Asimismo.se asocia al dererioro de los produclós hechos de goma (neumáticos) yoanos prMuctclos en la vegelación. I.os estándares ambienules de LJSEPA (e hrnfijado en 235 g/mr para una hora de exposición y la OMS ha recomendado enr.uropa un mlle en|Je 150 y 200 g/mr pa-ra I hora.

8.4.8. Plomo: Pb

Lor m¡:rales pes¿dos (omo el cadmio. plomo y mercurjo son contaminanre\atmo\lér icos s¡gnif icar ivo\. El plomo es un metal gr is_a,,ulado dúcr¡ l con un

476 INGEMERíAAMBIENTAL

Dunto de fusión de 32?,5 'C y de ebullición de t 740'C Los comPues(os orgá'

;h;;i.l ;ü;;."..;l ploío tetraetilo y tetramerilo son adir¡vos de combus-

iitG i.tirii¿o. "**,iv;meme

son lÍqüidos inculoros v mcnos volátiles que

iu .áyoá a" to. "otnponentes

del petróleo- De esta forma tienden a concen-

tarse'cuando la gasoiina se evapora. Antes de 1986 del 80 al 90 por 100

;J;;; t*..";.".1 aire del ámbiente.procedía :: 4"""",$:':'ffrhtfr:

i'l*;:L{:mH,mli,J"ll.l,ilf,l,k;;""¿i.iá"'¿. pr"-" v "i *.;"iJ" ;;;;i^.i"; g: ::lfn::"':: ;iJi:1"¿:i",Ti"X'::i[i:T:Ti:dores de rcs¡duos (raslonan emlslones oe Ii,á-.,' "r'"i.".." ¿" arrededor 5 x '"'ryJil:.ifi::.iiilT,11;Hfff,i:tráfico elevadas pueden provocar unas con(

"'.iá"^].""i.1i ".""¿; anu¡l de calidad ambierrhl del air€ sc h¡ l¡jado en

t ufliti,.*o." suspensión en el ai¡e eslá en forma de palículas dc ramaño

nr.i.i"l ,t -gioiá*"

hmbién se encuenra en el ag¡¡a y alimentos Es bioacu-

mulativo v inre un 30 y 50 por 100 del plomo inhalado se aloJa en e¡ slsrcma

;;;;;.í";;l'".,".r'ausoioiao en et cu"p" Elevado! nivclcsde Plomo en la

sanite derivan en problemas hematológicos' principalment€ cuando el ntve¡ en ra,

saná¡e supera los 0,2lglml. En la Tabla 8.20 y Figura E 7 se mueslraque oesoe ra

intñducción de las gasolinas sin plomo. las emisiones de plomo eÍ Esu¡oos-unr-

dos se han reducido desde los 640 a 20 g/cáPita enüe los años Ivluy-|vóo En rd

Tabla 8.21 se puede apreciar que dc todas ¡as tasolinás usadas en la Aremant¿

Occidental y Iiinamaria en t99l el 60 Por l0O eran sin plomo mrenÚas que ra

iiá ""t*í."Jii^.."

esPaña e l6lia n; alcanzaba el 5 por lo0 Para 1995 las

cifras de 19'91 babfan;xperimenudo un aumenlo sustancial para las gasoli¡as sin

plomo.

f USEPA (1988¡).D¡tos dc UE. 1992b con auroriación.

Tsbl¡ 8.20. Emisionos de plomo per cáp¡ta procodentos de vohfculos

o5to,2520.2450.1{40,13?0,1300.0480,0480,0480,048

.J'0,12o 1 20,12o.rl0.1I0,050,05o,050,04

0,120,180,090,090,090,090,090,080,050,0230,0230,02

0,640,4ó0220.18o,lE0,15o,l20p5

":

1970t9'151980l98ll9E2l9E319841985198ó198?1988t989

CON'J'A]\IINACIóNAT]IIOSFERICA 47?

É ; S p E ! í F E F E E E

Fisura 8.7. Em¡siones de plomo per cápita de Ios vehícutos, t97O-.1989.

Tabla 8.21. Porcentajesde gssolina sin plomocomerc¡al¡zada en 1990

8.4.9. Resumen de los contaminantes de referencia

En la ¡igura 8.8 se reptesentan las sumas de la¡ cantidades de CO, NOr, SOr,PM-10 y HC emitidas por habitante pa¡a Estados Unidos, Alemania Occidental Ilrlá¡da. En 1984 las emisiones en EE UU eran de 600 kg en comparación con los300 kg de Aleúania Occidenral o 250 kg de Irlanda. pa¡a los niveles de EE UUdesde l9?0 hasta 1984 se aprecia una nejoría sobresalicntc. para Alemania Occi-dental también se distingue una mejoría gradual y continuada entre los años l9?9y 1989. Casi ninguna mejorla se aprecia en Irlanda desde 1975, ya que esle paísha experimentado una extensa industrialización a partir de este año. paticular-mente en los sectores químico, farmacéutico, informático, agrar¡o y de genera-ción de energía. De hecho, las mejoras en calidad ambiental se han contrarrestadopor el inc¡emento en la i¡dusúialización. Sin €mba¡go, lrlanda es especialmente(o|lLarriui rrc en lo que se refiere a panícutas en suspension debrdo a ja imptanr¡-ción de nuevas centrales témicas.

EE UU

EspañaIt¡li¿

6842

t 9l 5

557

47E INGENIERÍAAMBIENTAL

s00

2

d

3 3

I

,*l-E E É E E B E E

." iüT,i# i;l "illllXi'i :X;"il:U#iü:',liii¡q'T{';?:.-'"TJ,[i'ht'i:;al'ulr¡*fr üT"'i'Ti;:f üiiü1ilü:l¡:;:1"üF#'

Figura 8.8. Suma de co, NO?, So,, PM¡o Y Hc per cápita' 1970-1989

' 'n a\i como su capacidad caloríiica:

proporciona un análisis elemcntal del caroo

Véase Capítulo 14 para la explicación del análisis elemental

Solución:

Potencia 915 MW = 915 x 103 kW =

= 915 x 101 x ttP J/s -

= 3.294 x 101 MJ/h

3 2 9 4 x l d x 0 7 X ^ ^ ' ^ ' ' '6rtrn ."qu", ido = __¡¡;29f =,",.", , ' ,

Suponer un 80 por l0O de ceniza en forma de cenizas volantes o partfculas:

Paflculas = 0,8 x 0,07? x20l = l2'4tlh

Dióxido de azufre = so, = S + 01

Masa atómica = 32 + 12 (parcs iguales de S y O'z)

Azufre al t 70 = 0,01 x 201 = 2'01 t/h

CONTAI\4INACIÓNATMOSÉRICA 479

Dióxido de ¿zufre = S + Ot= 2.Ol + 2,Ot = 4,OZ rlhDióxido de carbono = CO: = C + O¡

Masa atómica = 12 + 32Cafbono al'17 Eo = 0,'17 x 201 = t5S f/h

Dióxido de carbono = C + O,= t55,06 + rrL

x 155,06 t/h = 568 r/h

La producción anual se calcula a cootinuación

Parrícutas = 108 x 103 r

s q = 3 5 x 1 0 3 t

CO'z = 5'0 x 106 t

Mie¡tras que el SO, y CO, se emiten a la atmósfera, las partículas en suspcnsiónse eliminan por sistemas de limpieza de gases. generalmónte precipitadoris elec_troestáücos (PES)*. Sj u¡ PES separa el 99,5 por 100 de las paníc;¡as en suspen_s¡ón calcular la canlidad de parrículas emit¡das:

o 5Ptullculas = *: x 12,9 = 0,0b5 r/h = 565 r/año

I t J l ,

¡y'o¡d. Pueden liberarse orras emisiones de COV, HC y Nq y otros on canti_dades ¡nferiores, cuantificándose según la tecnología dispóniblá án la central rér_mrca, lrs centriles lérmicas modemas pueden alcanzar unos niveles de emis¡ónde Nq casi insignificantes.

Ejemplo 8.5. Co¡sidérese el caso de la central termoeléctrica del ejemplo8.4 de una potencia de 915 MW con un facror de carga del 72,5 por tú y'unrendimiento del 40 F|or 100. Determinar la co¡ridad dc partfcutas en suspcniión,CO, ySO, si se emplea fueloil como combusrible. A continuación se proporcionaun análisis elemental del combustible asf como su capacidad calorífica

Potencia 915 MW = 3.294 ! 101 MJ/h

Fueloil necesario = 3 .294x1úx0 ,7254 x 40,5

* Tambié¡ denomirados électrofilrros.

= 147 t/l)

._____..-'..qF!lr;

480 INcENtERfAAMBIEI\'IAL

Suponer un 80 por l0O de ceniza como cenizas volantes o palículas:

Pafículas = 0,8 x ffi + 14? = 004? t/h

Du,ante er procrso de c"'"i"'ió1,:'.1"-:l-'JlfT:ii::*',:ff:r1Í':$1;:.i:

t1:."1i:""".ili$Tt'J,:":':',,Hi: tli::il .e,as ca,r(ras:Dióx idodeazu f r c=S+Oz

Masa atómica = 32 + 32r a

nzu r ' e a l 2 .8% = ñ ,

147 = 4 .1 r / h

Dióxido de azufre = 4,1 + 4'1 = 8'2 t/h

Dióxido de carbono = C + Ol

Masa a!ómica = 12 + 32

---.^^^ -, *. "t"

- I? x 14? = 125,2 t/h100

32Dióxido d€ ca$ono = 125,2 +

t|xt25,2 = 459 tlh

tá prodücción total al año es como sigue:

Pa(fculas €n suspensión = 412 t

SO '?=?2x l 0 r t

CO, = 4'02 x 10ó t

q¡empro E.6. g9!:ig::* r^ ":1:: :.T:";311".1 $:r:,;Tlll,t;'":*llcaDacidad iotal de 9 I 5 Mw con un l¿Ictor o

i'ilii-¿.1 iip"t roo. oeterminar lá canddad d€ par¡fculas en suspensión co'z v

ió, ii* "-tlí,i

iio, -"lida como fuente deámbuslible A coÍtinuación se

iáó'rcio.a i" a.¿tisi" reciente de la ü¡rba molida:

Solución:Potencia 915 MW = 3.294 x 103 MJ/h

3.294 x l0! x0'725Turba molida necesana = = 500 lh

0,33 x 14,5

CONTAMINACIÓNATMOSFERICA 48I

Suponer un 80 por I00 de ceniza como cen¡z¡s volantes o patículas:

) \Panículas = 0,8 x _'- y 500 = l0 r/h

T L¡{J

Dióxido de a,,ufre - S r O:

Masa atómica = 32 + 32

o ?Azufre al 0.3.o - l ; x 500 - 1,5 r /h

I Ul'

Dióxido de azufre = 1,5 + 1,5 = 3 t/h

D ióx idodeca rbono=C+q

Masa atómica = 12 + 32

) 7 \Carbono al2' l ,3Va = *- x500= 1J6,5 l /h

Itru

?)Dióxido de carbono = 136,5 +; x 136,5 = 500,5 t/h

l -

Empleando un PES con un rendimiento del 99,5 por 100 se reduce la emisión departículas a:

o 5Paniculas ==x l0 = 0,05 t/h = 439 t/año

I(ru

La producción total al año es como sigue:

Padculas = 87,6 x 103 t

SO, = 2ó,3 x t03 t

C O ' = 4 ' 4 t 1 6 " '

Si las partlculas se reducen con un filt¡ado de los gases de coúbustión de eficien,cia 99 por 100, calcula¡ Ia tasa de emisión de pafículas:

IPaniculas -

| . x 87,6 x l0'=8?6 r/año

Ejemplo E.7. I,a centÉl termoelécrdca de una capacidad de 915 MW y unfacto¡ de ca¡ga del 72,5 por 10O emplea gas natural como fuente de combustible yel r€¡dimiento de la plant¿ cs dc un 40 por 100. Detcminar la produsción ar¡ualde COr, vapor de agua, y Nq. Los parámeiros del gas natural son los siguientes.

482 ¡NGENIERfAAMBIENTAL

Composición en tantos por 100 en volumen No existcn ni partículas en suspen-

sión ;i emisiones de SO1.

Solución:

Potencia 915 MW = 3.294 x l0r MJ/h

40Capacidad calorífica dcr els nat"ral =

n-r! = 55'5 MJ/m3

3 294 x 1o3 x 0'125= 149,3 th0,4 x 40

CHa al 98 q¿ = 0'98 x 149'3 = 146'3 t/h

Estequiométricamente: CHa + 20, + 2Hp + CO1

Masa atómica: 16 64 36 44

X " v,c,"s = qoz,z rt¡Dióxido de carbo¡o =

T6

f * l¿6.3 - ¡zq,z r¡¡Vapor de agua (H,O) = 16

oj9 x r+o.¡ - o,q ti¡Ni¡rÓgeno N, al U Ó "/o - 100

EstequioméÚicamente: Nt + 20, = 2NOt

Masa atómica: 28 64 92

9l x o.g = 2.96 thDióxido de nitrógeno = i8

La producción total al año es como sigue:

Padculas * 0

CO, = 3,5 x 10ó t

S O ' + 0

HrO (vapor dc agua) = 2,9 x l0ó t

NO, = 7.900 t

C O - 0

CONTAMINACPN A]']!,!OSFÉRICA 483

Es jmpofante resallar que se producen canrid¡des muy significariv¿s de vapor de¿gua lHlOr. cr\; ranlo como CO... L.l vrpor dc xgut er txmbien un gas de ¿fec¡ornvem¿dero. ¡ie m¡yor jmpoí¡nci¡ numérica que el COr. pero debido a que clvaporse encuent¡a en la atmósfe¡a de forma natutal por pfocesos deevaporación.lendemos a obviarlo (véase Ejemplo 8.8).

8.5. DEPOSICIÓN ÁCIDA

La Figura 8.9 úueslm el mecanismo de la deposición ácjda. Las emisiones deóxidos de azüfre, óxidos de nitrógeno e hidrocarburos procedcntes de las activi_dades en induslria. rrnsporle. vivjenda y producc¡ón de energia se transformrnen la atmósfera en partículas dc su¡fatos y nilratos. Cuando se combinaD con laradiación solar y el vapor de agua se t¡ansfon¡an en ácidos sulfúrico o nítricosuaves, mediante reacciones químicas complejas, A su vez estos ácidos rctomana la tierm bien en form¿ de rocío, llovizna, niebla, agua¡rieve, nieve o lluvia. Ladeposición dc ácidos puede s€r seca, cn fonna de parLísLrlas o gases, o htlmecla enla lluvia o la n¡eve. El agua de lluvia (limpia" posee un pH ^ 5.1.

En zooas del none de Europa lEÁcandinavial y las pates orientale\ de Esta-dos Unidos se han determinrdo pH de lhrvi¡s con válores inferiores a 5.0, at[unasveces 4,0 y en raras ocasiones 3,0. La deposición ácida riene serios efectos;esa-

NOr+tNOr \

l t ( l

Doo8icrón sM D€po6iciO¡ hrjred¿:

\ H,sq .rNo,***i;: i:

F¡gura 8.9. La formación de ác¡dez atmosférica y deposic¡ón de ácidos(adáptado de ta uE, 1992b).

. / l

"o,s.r" 6f

t \

\ ¿ 0ffi d6 61eclr¡cid¿d

It : : ' "

484 INCENIERÍAAMBIENTAL

tivos e¡r los tenenos de bosquc, la vida acuítica y en algunos maleriales dc edifi_

cios en piedra natLtral.

Muciade la deposición ácida es transnacronal Porejemploel77 pot ¡00.'lel

azufre deposilado en los Países Bajos procedía de o(ros paises' asi comofl ulna-

marca er; g por 100 (uE. t987r' lgualmente' buena Pane de la depo-srcton aclo3

en Canadá Dócede de Estados Unidos y en ontario central el 5u por !w \renc oe

i, mitad oe'ste de Ecr¡rlo< unidos (Henry y Heinke, '989) Obviamentc e\ de\e¿-

lf. i.J".iiir" "t;o*s

de No, v So. Sin embargo. mienras que entre los¿ños

l9?0 a 1985 la reducción en NO, y SO, lue signi f ical i \a (veanse f lgulrs ó z y

8.3), en la década pasada no ha habido casi ninguna mejoía-

8.6. CAMBIO CLIMÁTICO GLOBAL;GASES DE INVERNADERO

Los Drincipales Pases de invemadero en orden de contribución son: CO' CFC'

éH.-'Ñ,ó'n O.. Ér,o. sases absorbcn ta radiacióü solar entrantc de ond¡ col3 (a

i;;i;"á;rte;"d" .4-lm). lgualment€ tienen la capacidad (cuando están en,]a

atm?sfera) de absorber pare de ¡a energía iúadiada porla uena a unas longlluoes

J" on¿" á¿s l"te^ (t4 lm). Cada uno de los 'gases de invemadcro^ Posee sul

propia bandas di longitudes de onda ideales en las cuales absorbe meJor la ener-

liutn,o O" radiació'-n solar uunro le¡ráquca En la FiSura 8 10 se represFntan

fsras bandas de longitudes de onda. Por ejemplo el CO7 absorbe radracron,lefmr-

ca al menos en tres bandas, de 2.3 a 3 1. de 4 l a 4 5 y de 13 a IE-l¿m L}ln aDsoroc

radiación al menos en doi bandas estrechas. cenÚadas en 3'2 y 8-/m hl-vapor oe

aqua (H,O) absorbe en bandas cenlradas en O'95' I'l' 0'4' l'9' 2-?' 6'2. y por

eicima de 20 ¡m. ,tdemás, var'ios dc los gascs dc invemadero absorben radlacron

en las mismai longilu¿les dr onda Aunque algunos de los gases anlenormentc

mencionados absoiben radiación tanto por ercima como por 'lebajo dt 4.lm' er

término de qas de invemadero se reserva a aquellos que absorb€n raolaclon.por

encima de i¡m. es decir, gases que absorben la r¿diación terráquea de longlluo

de onda larsa. Por [anto cstos gascs aÚaPan buena pane de la energfa radia e que

emana de lá Tierm, calent¿ndo asf la atmósfera y en consecuencn radlando esta

enerqla de vuelta a la Tierra y hacia el espacio exterior' Estos gases de 'nvemaoe-

ro ti;nen el efecto de una mánta térmica que rodea al globo' elevando su temPe-

ratum.

8.6.1. Dióxido de carbono

El dióxido de carbono no es un contaminante en sentido convencional Es un

"o.oon"nt. nrturat ¿" ta atmósfera ({J 033 por l0O) y esencial Pard el crecimien-

ro di las pla¡tas. El qr¡emado de combüstibles fósiles, incluyendo las cenrales

i¿.r.-i"* [" "-u¡"

yLs incendios foreslaies. han incrementado.los.niveles de

CO, desde -315 ppm en 1960 a 350 ppm en 1990 En Ia actualrdad se aomrlc

CONTAMINACIÓNATMOSFÉRICA 485

I

E

3

;ñ /;

ffi

Longilud deonda l¡ñt

bnsnud de ondá (/,ñ)

0 ¡ 0 , 4 0 , 6 0 ¡ r 1 . 5 2 3 4 5 6 4 1 0Lo¡gitud d6 ond¿ l/¡m)

{bt

F¡gura 8.10, (a) Curvas de radiac¡ón normal¡zadas para ún cuerpo negropara el Soly laTierra. (b) Absorc¡ón atmosfér¡ca en un dla claro (adaptado deFle€gle y Businger, 1963. ReprodLrcido con autorizac¡ón de Academ¡c Prcss).

que el CO, producido por el hombre es el gas más importante de enre los gasesde invemadero. En la Tabla 8.22 y Figura 8.1I 6e muestr¿¡ las emisiones totalesy las emisiones por habitante de Cq procedentes de cinco países desde 1960hasta 1989. La producción de CO, en el mundo desarrollado es aproximadame-ntee¡tre 5 y l0 lpo¡ habita¡te al ano. En 1987 se emitieron en conjunto 5,ó x 10" t ala atrnósfera de las que 1,2 x loe t fueron aportadas por EE UU. La tala de bos-ques es otra fuente de CO2 ya que el terreno expueslo a la at¡nósfera emite tam-bién Cq en su proceso de degradación- k esiimación de la contribución de CO,por pane de la biomasa se estimá que varia de O a I x loq loneladas.

B

Tabla 8.22. Em¡siones totales de CO, per cápita

itlt.A6dii-.,..¿tl¿i¡'$&i

{.Fq.',? iialil rilifiü-4;+?\'i:-i+:Tohl;(r0:!) i

i¡"il.j. pit:l

dl.tifi'l;i1{!c r):

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üf.ii:'r1ii5p,

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¡iñÁ'*'É$

*iat'*dpital

;r(9,¡t960r965t970r9?51980t98519861987r9881989

| .224

791 4,38

5,03

5 l l624741'109

809? I 87t91@?06689

8,7¡0,3t2,ll l . 6r3,3l t . 8I t , 8l t ,7l l , 7l L 3

1599t 3 r134t54t45l5tr55t531 5 5

5

8,78,9

to,29.7

10,3t0,2t0,l

6 1 9661675599583561561583511579

10,5I t ,6l l , 8t0,510,29,8

10.2t0, tl 0 , l

r0,5l l ,5l9. t20,6

t7,724,330,¡30.130.9

31,95,55,9'I,2

?,8

8,68,78,8

Datos de UE. 1992, con auo.iz¿ciór'

486 INGENTERÍAAMBTENTAL

10aE

! n e a P F g S9 : 5 B E i 5 d 6

Figura 8-11. Em¡siones de CO, totales en toneladas per cáp¡ta 1960_1989'

8.6.2. Clorolluocarbonos:CFC

[¡s CFC son comPuestos fabricados por el hombre que contictren cloro' flrior y

carbono. Estos compuestos absorben radiación de la almóslera en la lmnla oei

esoectro entre los 7 y l2llm. Poseen tiemPos de residencia en la atmósfem eleva-

áÁ v al mismo tiempo sLn inenes e insoÍubles en el agua El cloro se desprende

de lás CFC medianie radiación de onda cona en el Proceso de fotólisis y se

desplaza hacia arriba dañando la capa de ozono. [-os CFC más imPoÍantcs son el

ó¡ó-¡ I G"¡o.nuo.*etano) y el ilFc-|2 (d¡clorofluormetano) La producción

de la UE en 1990 de CFC-I I y CFC-I2 fue de 2¡0 x l0' t habiendo clcscendrdo

desde el valor de 3?6 x tol ! en 198?. El uso de los CFC en la Unión Europea

CoNTA]\IINAC]óNATMoSFÉRICA 487

duraDle 1988 fuc destinado a ae.osoles (45 por I00). espumas (40 por I00). relri-gerantcs (10 por 100) y disolvcnles (5 por 100). Olros CFC son el CFC-I 13,CFC'I14 y CFC-I 15 que alcanzaron una producción en la UE de 75 x l0r t enI 990. El CFC- I I 3 se emplea en la industria electrónica como disolven te. En I 987se acordd en el Protocolo de Montaeal Ia reducción progresiva de los CtsC. Debido al tiempo de residencia tan elevado que poseen, aunquc sc corle su producciónen un 50 por 100, aún se supone que los niveles de CFC en ppb aumcntarán casilinealmente en cl tiempo, progresando desde 0,4 ppb de 1986 a I,0 ppb cn cl 2010.

8.6.3. Metano: CH¡

El metano es un gas que se genera en Ia naturaleza en condicioDes anacrobias.Este proceso tiene lugar en lagunas, campos de arroz, ganaderías y en la produc-ción y consumo de los combus¡ib¡es fósiles. Al igual que los CFC, el CHa poseeun tiempo de residencia alto de aproximadamente l0 años, después del cual pue-de oxidarse con radicales OH. Se estima que su concen[ación en la atmósfera haaumcntado en los pasados 200 años co¡rcspondiéndosc con cl aumcnto poblacio-nal. Abso¡be radiación térmica en una franja est¡echa de longitudes de onda apro-ximadamente entre 3,2 y 7,6 lm.

8.6.4. Oxido nitroso: N2O

El óxido nitroso (NrO) abso¡b€ mdiación t¿rmica en la mismu longitud de ondsque el metano, aproximadamente 7,6 lm. Se produce en el ciclo del nitrógenomediante la nitrificación: de NHa a N, y N2O. Su tiempo de residencia aproxima-do es de 150 años y es unas 200 veces más potente como gas de invemadero queel COr. Las cantidades de NrO producida¡ son insignificantes en comparacióncon las de COr, y aparecen en las depuradoras de aguas residuales, industrias y enlos gases de combustión.

8.6.5, Vapor de agua: H2O

El vapor de agua (HrO) se igno¡a frecuentemente como gas de iovemaderc. Enlos ejemplos sobre emisiones de centrales térmicas (Sección 8.5) se comprobóque las cantidades producidas de HrO son simila¡es a las de COr. También la¡adiación de onda lar8a que irradia la Tierra llo sólo es absorüida por el COr, \Oy CH4 sino también por el HrO. En la Figura 8.10 se muestra que la energfaabsorbida por el vapor de agua ocurre entre las longitudes de onda entre 1 y 8 lm,sin embárgo, aunque las cantidades de H"O y CO, emitidas por el homhre seansimilares, éstas son minúsculas en comparación con las cantidades naorales pro-cedentes de la evaporación tal y como se muestra en el Ejemplo 8.8.

Ejernplo 8.8. Calculdr la enisión global al año dc vapor d€ agua por €vapo-mción desde la corteza lerrestre y Ia superficie de los océanos. Comparar ésta con

4E8 INGENIERÍA^MBIEMAL

la cantidad de vaPor de agua emitida por las centrales éfmicas' lndicar las supo-

siciones establecidas.

So¡ücidn.'De Brutsaert (1982, P' 3):

Evaporación de la corteza leíestre (m€dia global) = 0'45 m/año

SuPerficie teÚestre = l'49 x 103 km'z

Por tanto, vapor de agua de Ia eYaporación terrestre = 67 x 10r' m1año

Evaporación de los océanos = l'3 r/año

SuPerficie de los océanos = 3'6 x 103 km

Por tanto, el vapor de agua evaporado de los océanos = 468 x 10r' mr/año

y el vapor total evaporado d¿ h superficie del planeta = 535 x lo''? nf/año

. .No¡<ritcrie e¡ la erpresión oriSiMl cn inglés'

Densidad del vapor de agua = 0'8 kg/Íf

Por tanro el vaPor de agua total

"""p"."¿'" ¿f i" t"p'k'ie deiplanera =420 x lOq Uaño

En la Sección 8.6.1 se mencioró que -6 x toe üaño de CO'z fueron emitidas '

ili';;¿;;;;*;il v que la emisión de vaPor de asua de orisen humano se

"..uéntia en tomo a ese orden Por tanlo:

Emisión antropogénica de vapor de agua = 6 x loe t/año

Este valor es aproximadamente el t,4 por too de los valores de emisión natural'

Not¿.' Ésrc es un a¡álisis |tnicañe¡te de orden de ñagnitud'

8.?. CONTAMINANTES NO CRÍTICOS

l-os contaminantes de referencia CO' NO¡ SOr PM-IO' COV' HC y Ptt se rela'

lá""'"" i" ruur" t.+ ¡unto con sus cstándarei intemacionales y sus dempos -de

"-"*,ilij" *üi.a*. i-s contaminantcs d. Éfercncia 6€ encuentrsn Égurar-

ilT"ü.i ^.ui*"- "¿aros'

y los eslándarcs 6e fijan para alc¡nzsr la calidad de

"i*'0". i.i-üüi*"., flora, fauna y los materialei et este medio Ad€más'

;;fi;;;i;;;** conuminantes aunosféricos procrientes tle la industria

"friü.0". ." r¡- rities de emisión Enlas Tabü 8 23 y 8'z s€ relacionan

ffi ;;iÁ-i;;i;¡. referencia' denominado" *r.p"1.q^oMl *.t-?Y.'^*'*.tnü,tt ¿"

"¡i¿u¿ ¿"1 aire a¡nbiental 1o3 ha fÚado la OMS tarrc para susun-

Ii'iüñrJi.-co-" t"-gánicts Muchos de éstos son cáncedgenos' muagenr-

cos v dañinos pa¡a los slstemas nervlosos cintrales (SNC) asf como deEner-otro^s

.iriipü "i*I.t ""g"¡vos

para-la salud .Alcunos de estos contar nantes oel

aire son produc@s qurmrcos s'nlcucos n@tros-por el hombre tales como el I'2-

CONI'A]TlINACIONATNIOSFÉR]CA 4E9

Tabla 8.23. Algunos contaminantes no de referencia

{HCHO)

bl¿ cn iBü¿ Hdcho por el hoñbÉ em-ple o cn l_'br¡s rfilic¿s t rcsi¡as.

Líquido cho e incolon lieeramenre hluble ¿n agm, Compu¿ro dcl p€¡rólú y dc'

Líquido vonil. i.¡¿m¡blc e incolo¡o, Usda en l! produciór de rayó¡ vircoso,coñbiná¡dos.20 cCSrcoi I kgdc ris-

Líquidó ircoloro e inn¡múle, solobl. enagua, hecho por .l honbr¿, usadó cn laiín¡ós¡ dc cieros qtrímicos

No inflam¡b|., lfquido clm, al¡¡m.n¡c vo-lfril. Di$lvú¡c d. pin¡¡ós. 03.rc p¿ñel soplldo d¿ polioÉ¡¿ror.

ald¿hrdo óñ'lñ. .. e¡. r cnp.d¡É ,ñ-bicntc, P¡oduc@ inr.medio o cl ciclo d¿l

Hid&dbuo a@nÁtie po¡iDuclcar. gtupod. prcdu.Ic qurñicos dntéricos pc¿-d¿ntes d. la cónburión incoñpl¿ú dc

Lhuido volátil, i¡cororo cmpleado cn !a fa6.icrción d¿ n rffl¿ffi, nlÁricos Efoza'

Coñpúslo no inn¿n¡bl¿, insollb¡¿ €n HrO.Dholv.nr¿ pda limpiü ¿n sco y Iiñ'

lhrido vol¡ril ¡o coñsivo, trflcd.llc dclr¿finami.nto dól pcról@ y I. pódúcciónd. criEno ctc, EBpl.¡do o pirutu, rin'l¿r y adhcsivos, @smét¡c6,

Fdb.iddo á panir dc ¿rrno y diclo@¡do.D.scngásdr¿ d¿ mr¡lcs, linpi@ úsco. impEsión, poducc¡ón dc pintu6,odhcsivos. I inpi¡doEs dc alfombrA, elc,

GB incolom pc¿dcnE d¿ Iá producción d¿

Da¡os.n pe p8.dcn¡cs d. l¿ OMS, 1987 con ¿uto¡ieión.

dicloroetano, mientras que otros se pueden €ncontrar en la corteza terrestre. Sinemba¡go, la mayoría de los compuestos que se relacionan en las Tablas 8.23 y8.24 son productos industriales y más específicamente proceden de la industriaqülmica, farmacéutica y de productos del petlóleo. Los metales pesados talescomo Cd, Cr y Hg son orn¡ipresentes en la industria química y de fabricación deproductos como galvanizados, plásticos, pinturas, cloro y ot¡os.

'- ¿v4&rr.t . :tiff"ilfrüiüiür1'-.-4et oMs-:ii

(l,s)

(ND

Abud3ne én l, nduElcza: útivid¡d volcáni Ic¿, melálico y m nci¡li@, fúrdic¡ó. ¡r. Imralq pcs{icid¿s. qara de @bdsribles

Crupo de fibns alargrd¿r ¡atumles o ñ'r.-rales mfibolos. Emple ocn lañnrruc_ción, aislÍte dclcalor. Fibís <3 /rn 5n

Mc¡al p hba¿o bt¡nqucci no ydúciil. slbprcdudo d. la pódúcciói del zirc. galvlniz¡do dc ñeúlcr, plÁricos.tc

M.ral grisácco y duó c'e. Omniprcsn.tc.¡ la naonkaycn el rcr.no Emplcc'do cn la ¡nd6lna d.l clnido de pi.les

Cas i.coloó, $lúbls .n cgua y alcohol. Formado ¡ parn d¿ ñ¿tia oBfnica cn la¿usc.cia dc O,. Er láindur¡iade visN,d.puóción dc ¡guas Esidúál¿s. Efi¡o d.lp.ról¿o. cunido dc piclcs. indúrrir pap.-

Quinto m.tal rls abu¡dante en ¡¿ concarcmsc. Enplcadocn n.b¡ur8i¡. conri¡úríc d. ¡l.acionca, rcriliznics, cu.rc,te¡til¿s. indúsúi¡ dcl cdrál

Mcrúlico, .srdor ncrcurcso y ú€rcl¡nco(-l). Mcrcuno ino4lnico r rcrclno d.mril pór ñicrurgú¡ños. Mincla,p¡úr¿s d. cloNlcdinq, pmsd&l.e d¿

Di¡rur¿s, pilrs, .quipos nrédicos, clc,

M.bl duro d¿ colo. pla¡cado bltuquaino

I prcs.nt. ¿n It cd.a ¡cm$É. Empl.ado| ¿n l¡ Fmducciór d. mó, s.lvdriz¡do,I r¿bdc¡crón d. món.d.s,.rc.

I GB noblc ¡adi@c'ivo .n su vüi6 róñtr

I ¡dópic6. Conenmcions d. 3 Bdo'.I Mirlh dc! umnio. p'wd. d¿ litu II c¿.'.n ¿s6 subt¿fÁrcts y €n.l áiE

c¡rccrB.no ú r'i. l<20

m./m

c& ú¡ers¿io lsin

i,wl dc &8un

Tóxico: iri¡ación I ¡50 /¡slñr, 2a h

Tóxico c niv.l.s ¡l- | I !g/ñr. ¡Edie &uál

Bid(umul¡b|.. da- | ¡,¡gm',ñédd¿nu¡lñc.n SNc y n ' l dc in tnor

Ricsgo d. cl¡ccr d. | 100 Bq/m:.n .dili_Dulnór- | oos.

Métai brill¡nt blanq@ino y lb{idaft. I Bónqui¡h. r.úño_ | | /,yñ' 2a hEnpL¡do ¿n ft¡¡lurgia mbnsdón dd I r¿\ crcl6á l¿s Icdrbón. y qkm. d. fucloil. I vfs Espir¡rorid l

D¿rd ¡c.d.nEs Gn !e de la oMs, l93l con ¡ürori4ción

490 INGENIERÍ^aMBIENTAL

Tabla 8.24. Algunos contaminantes no de referenc¡a:sustanc¡as inorgán¡cas

8.8. ESTÁNDARES DE EMTSIONESDE ORIGEN INDUSTRIAL

Generalmente las fuentes de estas emisiones son p¡¡ntuales aunque pueden existirfuentes lineales y superficiales. [¿s eftisiones fugaces son ot¡o tipo significativo

CONTAMINACIONAT]!{OSFÉRICA 49I

de emisiones indusrriales, conlroladas en Estados Unidos pof una ley cspecífi-ca para ello- Los estánd¿res de em¡sión normalmente se suelen fiiaa Dor las¡uloridade\ locrlcs que po(ecn la tarer de valorar el ¡mpJc¡o de em¡aion;s nue-v¿s o y¡ el i i tentes. En Europa s< consuka ampliamenre cl es¡rndrr alemán<TA LufD. Las licencias sobre emisioñes ¿ la atmósfera en la ;ndust¡ia irlandesafrccuenlemente se consideran según este cstánd¡r_ E¡ proced¡miento es el quesrSuc:

l. Se idcntilica Ia sustaDcia que se emire por su nombre (del anexo E en elestándar <TA Lufl,'), deteminándose si son de Clase I. ll o III. En cstcanexo se relacionan alfabéticamente ycl¿sifican unas 145 sus¡ancias. Lassuslancias de Ia Clasc I son aquellas que poseen un eslándar de emisiónmás scvero siendo en la Clase lll donde el estándar es menos rígido.

2. LJs sus¡ancias de lr Cláse I no deben e\ceder u a concenuac-ión de0,1 mg/mr con un caudal e¡r Dasa de 0,5 g/h o superior.

3. Las sustancias de la Clase lI no deben exceder una co&entración deI mg/mr con un caudal en masa de 5 g/h o superior.

4. Las sustancias de la Clase III no deben exceder una concenrración de5 mglmr con un caudal e¡ masa de 25 g/h o superior.

5. Si se combinan sustancias de las Clases I y II, entonces la concent¡aciónno debe exceder I mg/m3. Si se combinan bien las Classs I y lI o lasClases II y IlI, la concert¡ación no debe exceder de los 5 mg/m3.

El <caudal en masa de r en g/h> se define como la emisión total durante I h deoperación de un proceso en las condiciones operativas más d€sfsvor¡blos pam clmantenimiento de la calidad del aire.

La <concentración en masa> de los contaminantes atmosféricos de un residuogaseoso se define según:

l. Todas las media¡ dia¡ias que no excederán el estándar de emisión deconcent¡ación másica.

2. De la5 medias s€mihorarias, el 97 por 100 no cxccdcrá seis quintos dc laconcentración másica establecida.

3. Todas las medias semihorarias no excederán más del doble de la concen-tmción másica establecida.

En la Tabla 8,25 se relacionan las süsta¡cias cancelgenas v sus clases asfcomo algunas no cancerígenas y sus clases.

8.8.1. Estándares de emisión de los incineradoresde residuos

Los eslándares de emisión más actualizados de la UE para los incineradores dereiduos s€ fda en la dir€otiva de la IIE sobre incineradores de residuos peligro-sos. En la Tabla 8.26 se muestra unacompa¡ación delos límites de laUE y los de

INCENIERiA AMEIE¡\'TAL

Tabla 8.25. Clases de emisión de TA Luft

f Para lisr$ dcrallads vé¡sc cl Anexo E dc TA Luf¡ (198?).Rcprcducido cor aü¡oriación.

Tabla 8.26. Llm¡tes de em¡s¡onos para inc¡noradores do res¡dtlos

iqovl.a ,.-#" 9*v¿* 3:J su!!#.¡¡-El¡xg*

I

II

llI tl lI IIIT¡II

I ¡ II I II I IltlülIUIllnflI

Berilio

l -clolc2,l-cpoxiprcpanoPufinas HC

5l0l 0

I

40500,05

0,050,5

l0l 0l0

I

5050-{,1

-o.l-{,1

Polvo tor¡l (PM"lo)Cüboro oeÁni.o Iot¿l (coT)

óxidos d¿l ¡afrc (sO,)Monóxido d.l c¡rboro (Co)c¡dm¡o ITalio (Ti) l

R6lo méIal¿s p.sd6(Sb+As+Pb+c¡+co+q+M¡+Ni+v+sn)

2424

30 mi¡-8 h30 min-8 h

0.54

ó,tó h

t0¡ 0l0

I

50500,05

0,05OJ

DatG de uE, 1992 y UE, 1994, cor .utoriaióo.

CONTAMINACIóNATMOSFÉRICA 493

Alemrni l v los Paíse\ Bajo\ romp¿rrnJo eros t im,rcs de cmi. ion dc t992con tú\ t ¡mr¡es de TA Luft 986, se iprecia que los nuevo\ l ímjtes \on muchJ\veces ntis restrictivos que los anliguos. porejemplo, el límite últino para HCI es 5\eces mr's bajo que su vrlor previo. El límjrc nucvo p¡ra CO es de 5b me/mr. oUces soramcnte ) veces et del es¡ándar medioambienral de Ia OMS ( l9gt) .

En la_Trbla 8.26 se inclu)en los limilcs de emi\idn para lar aioxines v tura-nr's 0e o.r mgm'. t-as dio\¡nas represent¡n a la familia de compuesro, oui^i..r.re,enJus como los TCDD o 2.J.7.8_(flruclorcdibenzopira{iox¡n¡. Esre co;puestoquímico aparece como ¡mpurez¿ en h fabrjcacidn de mucho. p,o¿u.,o. ou,:U.oiy perticidas que poseen una base de triclorofenol. Cronao ," ;n"ir".- p'lari;"o",:.e Iiberan pequei¿s c¿nr;,lade\ ilc esre produclo, así como en ta i"¿u.r.ia'o¿oeler..lranra< dc pe'ticrJui. vchículos. inccndio\ fofes¡ales y humo de cig,tnos. ti unamolécula párecida, el dibenzofumno (pCDf) se derivan fo"

"o.."rfrnal"r,t", ü_meros en los qxe mmbién estii prssentc el clo¡o y son aproximadarnente l0 vecesmenos con¡amrnantes que los TCDD, lás dioxinas se forman de mane¡a óDtimaen un rürgo de tempemtums que va de los lg0 hasta los 400 .C como ,u¡oÁ¡u"-tos Je la,sínresis de cienos herbicidás, pCB y nafialenos (H.m", iót;. Loegráo¡cron dc cstos qufm¡cos dún ,ro rs posible biológicamente pero sc pu€deconrgutr su des(r'r¡cc¡ón molecu¡ar en ¡ncineradores de inyección tíquida ooe,mndo^a temperatums que sobrepasen los I.?00.C. t-os.i."ro, tC*¡lo. ¿. i*rr.uu o tos rLD]. aparecen en et cloracné o en les¡ones dcrmatotóeicas re¡a_cion¿das,,Se sospecha del caráctef cancefígeno de estos compuestos;;;;;;ode su caráctef eenotóxico.

En la Tabl;8.27 se muestran los niveles diários de 2,3,7,8-TCDD admitidospor las diferentes agencias. Estos lfmites se fijan debido que el 2,3,7,g-TCDD seencuent-ra,en el a¡r€,¿limenlos (mant€qu¡lla, cames. pescado, huevos. etc.), humooe cr8imtto. gases de escape de los vehlculos, e¡c. Las unidades de esroi límites::1 ,e:Re.

(p¡cocmmos =. t 0-¡' g.¡ por tg dc peso corporaj por dia. Los valores detas droxrnas se r€dr¡jeron clramá¡icamenre en 1995. Evidenciasprocedentcs de Seve5o, fralia. indican en la actualidad que Ias dioxinas son máspeligrosas que lo que en un principio qc .reíi

Tabla 827. Tomas d¡ar¡as de 2,3,7,8-TCDDaceptadas por lás diferentes agencias

USEPAOMS Europá (1991)

t 0

0,006r 0r - 1 0

494 ¡NcENtERiAAMBIENTAL

8.9, METEOROLOGÍAATMOSFERICA

DE LA CONTAMINACIÓN

Cuando los qases o palículas son emitidas a la atmósfera' bien desde un vehícu-

r.. """

¡"á"í,iL " "i,"

f"ente. resülta casi imPos¡bte predecir su evolución den(ro

dela misma. Esto es debido a los complejos factores que gobieman su ruta subsr-

guiente. Estos factores son principalmente:

. Meteoroló8icos

. Origen de emisión

Los factores meteorológicos de inteÉs son:

. Velocidad Y dirección del viento' TemPemtura Y humedad. Türtulencia. Estabilidad atmosférica. Efectos topográficos en la meteorologfa

Las emisiones contaminantes de la atmóskra son de interés a tres escalas:

. Microescala: del orden de I km (por ejemPlo penachos de chimenea) .

. Mesoescala: del orden de 100 km (Por ejemplo v¡entos montana-valte''-

. Macroescala: del orgen de miles de km (por ejemPlo altas/baias sobre ocea-

nos o continentes)

Esus escalas se relacio¡an t¡mbién con €l liemPo y debido a quc las velocido-

des de viento son - 5 ln/s, los efectos ñcieorológicos de micro€scala !€nen luga¡

durante minutos y hor¿s, los de mesoescala durante horas y dfas y los de macroes-

cala durante dlas Y semanas.--_ p*.¡.moto. <í"spu¿s de laexplosiól nuclear de chernobyl en 1986' el p€na-

"¡o.luia niictcrs"ira afectó tnuy seriamenrc la rcgión local cn sólo unas horas

desDués de la emis¡ón, mientras que las montañas de Gales se üeron alectadas

oorieposiciones húmeias después de cuaÚo dfas Para el fenómeno de transporte

áu_r" "'oniÑn""ion "t*osféri;

con focos Etes como penachos de cenÚa_les tér-

micas, de indust¡las y de accideÍtes la mayola de los datos de i¡terés se obtlenen

ü.nd ¿" lu ¿enotinad. capa lfmite atmosférica (cI-A) l-a cl.A-cs lolapo de

aire más baia en la atnósfera terestre (de 500 a l '000 metros)' influenclada por

io.-.i".iolá"i""lot v fu ruSosidad de la superficie terestrE l¡dispersión de los

contam¡nantes dentro de la CLA se produce mediánte las turbulenclas que vana

i""n".*t" según la estratificació; de h mism¡ En la capa inestable o capa

ii,li" oái lonu?""ion tclc) las $rbulcncias sc caractcrizan por Io apa¡ición de

i.tof¡l.. "o".¡¡.tof"s.

Esios renolinos poseen unos tamaños par€c¡dos a-la

CLC o dc I a 2 km. En la capa límite eslable (CLE) las turbulencias son mucro

más débiles con un tamaño de remolino del orden de diez veces Inlenor a vanos

CONTAMI}]A{]IÓNAT]!1OSFÉRICA 495

metros- Eslas diferencias originan diferenles velocjdades de dispersión de losconramjnanles. Por ejemplo en la CLC un penacho de unr chrmener aha puedcvcntse ha:ta ta supef l t . te tef fp\ t¡e cn Un¡ disr¡nci¡ ho lontal de pocos ki¡ómelros con respecto al foco. En la CLE. los pen¡chos r levado\ pued;n perm¡ncce¡dc crt¿ m¿nerd con jilpaltu\ d{spreciablcs (obre ld superltctc en dccena\ dekr lómetfoq lwei l , 1988r. En l¿ tropo. ler,r r l ¡ cJpa más ce¡crnr a l ¡ superf ic ie vque se exttendc a una ahitud de l0 a 15 km), ¡a temp€ratura disminuye con láaltura con uná variación de áproximadamenre 9,8 .C por km. Dc cstc gradicntevefica¡ de tempeÉtura dependen las coÍientes de convección en dond=e el airetemplado se eleva y el frío desciende.

La velocidad del viento en la superficie terrestre es nula debido a la fricc;ónde la rugoqiddd de superficie. A medida que e¡iste separ¡ción de la rupclicie lavelocidsd dcl v¡ento dumentd debido rl movimienlo ,le h Tierra. E; la caoalímile cercanJ a la superficie se producen flucluaciones r¡riablcs de la velocidlrtdcl vierto (y direcció¡) quc dependen de la rugosidad del tereno. En esta zona, lamedida instantánea de la velocidad tendrá una componente media y otra va¡iable.Porsupuesto qüe la velocidad del viento es tridime;sional pe¡o el ;ector de direc_ción de viento vendrá defin¡do por la dirección dom¡nanre en un¡r ¡ocatidad espe_crÍca. !,sto se representa por

donde

U = u + u '

U = velocidad instantánea

¡l = componente de velocidad media

a' = componente va¡iable

La componente de velocidad media se debe al movimiento de la Tiera. mien-úas que la magnitud y signo de la componente variable se debe a diferenteslomias de rugosidad de la superficie rales como presenc¡a de edificios, bosques,etc. La componente variable de Ia velocidad sobrepon€ estrr¡ctüas flr¡idas dJtiD;remolino en la velocidad media. Est¿ velocidad v_adable debido a los ¡emotin;sse denomina turbulencia y por esrar producida por Ia rugosidad del tereno seapeurda como turbulenc¡a mecánica. [¿ turbule¡cia mecánica es parcialmenteresponsable de la dispersión atrÍosférica de la contami¡ación., I¡ rurbulencia también se produce por el gradiente vedcal de remp€rarurá.L¿ superficie templada de la tierm provoca que el airü calien¡e o "rérmicas- see¡even, pfoducrendo co¡fientes en donde masa5 de aife a5ciendan y otfas masasfnlas desciendan. Este movimiento tu¡bulento se denomina turbule;cia té¡mica ofuerza ascensional. La oposición a esta fuerza puede ocurrir en noches frías des-pejadas, en donde el tereno irradia todo el calor. El terreno se enfría y a su vez seenfñ¡^el áire po¡ encima. originando que sc hunddr l¿s üurricnres. En ta Figu_r¿ 8.12 se muesrr¡ un perfrl venical tip¡co de la temperatura y la velocidad áel

------'----- r-

496 INGENTERfAAMBIENTAL

gg 3oo

200

100

Fisura 8.12. tF*o'"i,!i 5"["J'l"13i"li j",j"iiif;i!1"' " 'a verocidad de

viento. Ambos varlan significatlvamenrc¡oche y el día.

. rlap6¿ É1o, cn t¡ cflinotoslá dslosjor&

c¡r la capa límite atmosfé¡ica entre l' '

8.9.1, Gradientes de temperatura ambientál y adiabático

En las zonas más bajas de la lroPosfera' la .temperatura. del ambienrc habitu-al-

i""ü ¿-i.*i""y" "",i

r" ahitud L; velocidad con Ia oue la temperatura drsmrnu-

ve o smdiente se conoce como (grao¡enre o€ lempemtura' * Estos gradientes de

i"';"ilffi:"*niil;; ona iona" gtto "qu'ip¿da

con un ..'.óm€tro' -que;ffi;* ; liber¿ mide Ia @mperalura dc la atmósfera en su movrmrento

ilJ",iJ"n,.. E't goai""" * Tly",:1T:\:Ti"'#t:*,f#fiX1:rffi ;l;tal>. v vala de dfa a dfa' entre el dla y la noc¡

tíii"*iJü *-¿1""i* de tempe'ratura ambienlal drsminuyen con la allitud'

p"'Ji".f" i'"ui *"'1".* * 1* :¡3$,t,;"i51; se compa¡a el srádiente- Et cradier@ de remperalura de rclc(coc(

¿" ""."""üi"."-"t"¡i""á

cs cl gradiente de teñpcr¿rur¡ se'¡ adiabátic¡ (GTSA)'

i"Ji'Lfiiiii-"* iliiJ¡acas lsin ganancia o pérdida de calor)' un volumen tem-

;ü;;;;;;d;t " ,t

"otpótu *,no un globo' Et sire en el i¡terior de la

iiürJ"" .ip-¿" a"tido a qui en su ascensión el arre que le rodea es menos

denso. se exDandirá hasta que su Propra oef¡sidad 6€ i8u&lc con la del ai,feque la-Já gi"i"! .*" q"" * óxpanai adiaMticarnente ¡e enfrfa a una velocroao.oe

b]iléñL-l "i"ii¡l]i

¿. I áol0o m' En la Figura 8'13 se muestra lá rclación

;L;;;#d d" ótbi"; godientes de tempeáora ambientales y el gradiente

aiL*p"*.i"-"aiáua,ico áo correspondiente a las clases de estabilidad de

Pasquill.

- - 1 o 1 2 3 1 5 6 7 3 I ¡ 0 1 r 2 3 ¡ 5 6 7 3 0 1 0 1 1

V€lcidtd del vienio ltr'/sl

CONTA]\'IINAC¡ÓNATMOSFÉRICA 497

F¡gura 8.13. Clases de estab¡l¡dad según Pasquill-Gifford: perfll v€rt¡cal deremperarura.

8.9.2. Estabilidadatnosférica

Una atnósfem <neufalmente establo tiene lugar cua¡do el gradiente de tempe-ratura ambiental (GTA) c6 igual al gradicntc dc tcmpcratura scca adiabática(CTSA) o lo que es Io mismo la velocidad de enfriamiento es igual a apmximada-mente I oC/100 m. En este caso, si el volumeÍ de aire se desplaza en sentidoascendente o descendente, su teñpemtura se ajustará a Ia de los alrededores. Encualquier nueva posicióri, rio óxperimenta ninguna fi¡erza que la incite a ajusta¡su posicióí nuevamente. Es estable en su antigua posición y es estable en sunueva posición.

Una atmósfera inestable acontece cuando el $adiente de temperatum am-biental exceie del gradier¡te de temperatura seca adiabática, o lo que es lo mismola velocidad de enftiamiento en la ascensión es mayor a I "Cy100 m. Este g¡a-dicntc dc tcmpmtura más pronunciado incita una mayor ú¡rbulcncia témica. Eneste caso, si la parcela de aire se desplaza en sentido ascendenie (por turtulenciamecánica o por corrientes cercanas a un edificio) se enfriará en su interior aaproximadamente I 'C/100 m. de forma que se encontruá miís templada que elaire alrededor. Debido a la capacidad de flotación esta parcela continuará en suascensión. Igualmente, si la parcela se mueve en sentido descendente (por co-rrientes debidas a un accidente topográfico), es más frío y denso que el aire alre-dedor y conti¡uará hundiéndose. Esta condición se conoce como <inestablo conun gradiente de temperatura <superadiabático>.

498 INCENIERÍAAMBIEMAL

Una atmósfera .estabte" tiene lugar cuando el Sradiente de temPer¿tura am-

b;enre e\ menor que el gmdiente de lempcratura seca adiabática, o lo que es lo

mismo la velocidad de enfriamiento es menor a I oc/lClo m El Sradiente dc tempe-

li|tura es menos pronunciado y de esta manela responsable de un menornúmero deturbulencids. U;a variante de esta condicion es la clase isoterma donde no exlsle

variación de la temPratum con respecto a la altura. Si la pa¡cela de.airc se des-olaza en sentido asiendente, se enfriará ella misma a razón de aproximadamentei 'C/100 m. La parcela se €nconlrará más fría que los atred€dores y por lanlo sererá forzada a hundirse. lgualmente. si la parcela de aire se desplaza en senlrdo

descendente se calentará á aproximadamente I "C/100 m Se encontrará más

kmDlada que los ahededores y debido a ta capacidad de flole será fozada nueva--.nte hacia aniba. De esle modo, la parcela de aire no se moverá ni rn senl¡do

ascendente o descendente desde la posición <establet. La condición ambiental se

conoce como (esuble- con un gradiente de temperalura 'subadiabático! ..l-a condición de -inversión estable- es una \ arianle de un atmoslera eslaDle

En este caso, la temperatum aumenta con la altitud. Si la pa¡cela de arrc se mueve* sentido aicendenie se e¡fria¡á en aproximadamentre I '0100 m Se encontra¡ámucho más frla que los alrededores, y estará forzada a hundirse Si la parcela de

"ire s. ̂ u.ue .n'r.ntido descendenti' se calenta¡á a aproximadamente 1'C'I00

m. Se encontrará más templada que los alrededores y debido a la capacidad de

flote se verá fopada hacit aniba. La condición de inversión de temPemtura es

una condición muy estable, for¿ando a los contaminantes del aire a p€rmanecer

atrapados en la atmósfem durante largos perlodosL aoarición de las diferentes clases di estabilidad dePende de las condicio-

nes met;rológicas. En la Tabla 8.28 aparecen los porcent¿jes de-tiempo de cada

clase de cstabiidad para dos localidades de lrla¡da (1980 a 1987) Tfpicamenteen klanda s€ pueden ¡plicar co¡diciones neurales durante ¡proxrmadamente er

80 oor 100 dei tiempo Es Drobable que se den condiciones neul¡ales cuando nay

"i.tin*lu¿ot, r" iitp"oión.n

"tti "*o ," u" ̂ istida Por la turbr¡lencia me¡á-

nica más oue con la turbulencia térmica d€bido a quc es una @ndrcron rncsürole'En la'isbla 8.29 se relaciona Ia clase de est¡bilidad con la velocid¡d del vlento'

Bstas cia¡es se dessiuieron antcriormente con las clases de cstabilidad de Pas-

Tabla 8.28. Porcentaie dolt¡empo en cada clase do elabilidad (lrlanda)

0,3

15?8.6

o.t1,75,0

ir9,l6,8

A Alt¿h.nl. inal¡bL

C LigcÉmcntc iftsl¡blé

E Li8cmme¡le cslablc

CONTA]IIINACIÓNATMOSFERICA 499

quill. Asimismo dependen de la fuerza de la radiación solár incidente así como laextensión de la cubierta de nubes. Si Irlanda posee una extensa cubie¡ta de nubescon un aporte de ligero a moderado de radiación solar, se ap¡ecia que la condiciónneulral es dominante con unas velocidades de viento entre los 3 v 6 nl/s,

8.9.3 Variación de la yelocidad del yiento con la altitud

l-a velocidad del viento se mide a una altura estánda¡ de 10 m y se denomina U,o-I-a velocid¡d dcl vicnto varía con la ¿ltura, dcsdc un valor mínimo nulo cn lasuperficie del terreno hasta ur valor máximo a alguna altura por encima de lainfluencia de los edificios y la topogmfla. A ésta se le denomina U- y la altura a¡a que se mida depende del terreno. En uoa región rrral la U- se encuentra a unaaltu¡a de uoos 250 m, mient¡as que la conespondiente altura para una zona urba-rüI es mayor que 500 m. Para determinar U1 velocidad del viento a cualquieraltura se emplea algunas veces la ley de semejaoza de la potencia

,"=,-c1l (8.9)

O*0" 4 = velocidad del viento (horizontal) a una altura z (necesariá)Uro - velocidad de¡ viento a l0 m

Z = altura Z (altum superior de la chimenea)Z r c = I 0 m

p = exponente

El exponente p varía con el teneno y también con la clase de estabilidad, desde' Rmximadafnente 0,1 a 0,4. En la Tabla 8.30 se muestran algunos valores típicosr c¡ovtur¿tes. Z- es la altura de la capa límire, habitualmente unos 250 m en&eas rurates y rrnoi ó00 m en areas urba;as, Se emplean otras expresiones para ¡a

i

'f.

Tabla 8.29. Clases de estab¡l¡dad de P6squi l l

5OO INCENIERfAAMBIENTAL

Tabla 8.30. Exponente p en perfiles de baja velocidad

velocidad y altum del vicnto y se debe recurrir a Seinfcld (1986)' Stem (1976) y

Hanna ¿t al. (1982)

EiemDlo 8.s. Usar la ecuacion de semejanla dc potencias para perllles de

velocldad bajos pam detcrminar 40 U.o. Uroo Uroo si Uro - 5 r/s y el leneno !e

encuenFa en los lindes en(fe el campo y la ciudad-

.tolación. suponer estabilidad clase D -neutml- De la tabla 8 30' suponer

p = 0 , 2

/ z \ " 'u ,= u . \ ; l

,,=,(4J',=,,,,"u.u,= s(1,)'= o,r "v.

,,-='ffi'=',n"u./2oo\q1

4 " = 5 l . r o J

Es importánle hacer notar que mienlras que U, aument¿ con la altitud' sólo lo

hace di un l5 a un 80 por 100 en este eiemplo con una variación cle alluras entre

los 20 y 2OO metros.

8.9,4. Variación en la dirección del viento con la altitud

Una serie de gráficos que representen la dirccción del viento de un p€nacho a lo

la¡eo del tiemoo nos mostraría que su dire¡.ión media es longitudinal Sin em-

ba¡igo, a esto se le sobrepone uná dirección la@ral fluctuanle A ests flucluación

*" É á"nofnin" "¿"sviaiión

cstá¡dar de la dirección lateral del viento' En la

Figum 8.14 se define es¡e coücepto. Varía con la clase de estabilidad atmosférica

0,15-0,2o,zl0,21-0.33

0,0?-0,100,r4-0,¡60,2-0.31

AdarJtádo e¡ I'¡re de Stem, 19?6

1I

CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA 50I

Figura 8.14. Definic¡ón de las desv¡aciones estándares de la dirección delviento ory o,.

y en menor med;da con la altura. Obviamente, a mayor inestabilidad, mayor serála desviaciún dc la dir€lsjón láteral dcl viento, o0. Esta s€ muestra en la Figu-ra 8. I 5 en donde va¡ía entre aproximadamente 0 (estable) hasta 25 'C (in€stable).D€ la misma manera, Ia dirección de viento defir¡ida en Ia Figura 8.14 tiene unacomponente velical de desviación estándar ae. Esta se muestra en la Figura 8.16como va¡ía entre 0 (estable) a 15-25 'C (inestable). Nuevamente do vada con laaltura. Las magnitudes de ol y o" darán información sobre la habilidad de laatmósfera para dispersar un contaminante que es importante, como será explica-do en las secciones siguientes.

Una atmósfera muy inestable con un d¿ a los 25 oC ocasionará una mayordispersión en Ia direrción lateral. Tambiér¡ provoca¡á una dispersión en la direc-cióo vcrlioal dsl viento. La apariciún de dispcrsión la(er-dl cs nomalm€nt€ dEsea-ble asf como dispersión vertical en sentido ascendente. Sin emba¡go puede no s€rdeseable la dispersión verlical descendente si el f,enacho contaminante toma con-

E; 1 m

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

Desvlaciónesláñdo¡do la drc@ión l¿lerdr delvrenb,, (dee)

Figura 8.15. Var¡ación verticalde la desviación estándarde la direpc¡ón late-.al del viento d0 (adaptado de Se¡nfield, 1986. Copyr¡ght @ 1986. Re¡mpreso

con autor¡zac¡ón de John W¡lev & Sons'.

F.c

E

'. - ------------r- r¡rt

502 INGENIERIAAMBIENTAL

0 5 1 0 1 5o€sviación €stindá. d. l. d.rdión v€di.al del vl€nro

J. {d€!l

Fioura 8.16. Var¡ación vertical de la desviac¡ón estándar de la direcc¡ón ver_tic-al del v¡ento d- {adaptado de Se¡nfield, 1986. Copvr¡ght @ 1986. Reimpreso

con autor¡zación de John W¡ley & Sons).

tacto con la superfrcie del teneno. [¿ capacidad de flotación o turbulencia térmi-lca no cambia ¿on h altilud pam condiciones estables o neut¡ales, pero aument¿sisnificativam€nte, con la aliitud en condiciones inestables. lás turbulencia me_cá'nicas impactan Íiayoritariamente en condiciones muy csables a bajas altur¡sY se apota en cous por encima de los edificios o accidentes roPográficos' porencima'de los cuales_el mecanismo de turbu¡encia es la flot¿ción'

E.9,5. Gradient€s de temperatura y dispersión

Si el perfil de la temperqtura ambiente es conocido (o lo que es lo mismo eleradienle de tempemtura añbiente) y se compam con €l gradiente de rcmperaluraidi.báti"". .. oo.ible e.stimat la evolución de ¡a er¡risión del contámina¡te atmos-férico. l¡s emisiones de chinrcncas produccn pcnachos que Pueden variar con ]aclas€ de estabilidad a[¡osféric8. En la Figüra 8. I ?(a), el gradienle de temperaturainestable o 6up€radiabático Provoca uí penacho caracterizádo por una elevaciónlonaitudinal e; foÍna de lazo. De la figura 8. | 6 se aprecia que oe e's - 20 "C Párah cóndición inesuble. Sin embargo el válor de o. Pued€ ser verticalmelte asccn-dente o d€sceodcnte en ün instantc en particulü de forn¡6 que el penacho seafor¿a¿lo en ambos sentidos por turbulencias térmicas. En la Figüra 8.17(b) elqmdiente de temperarura neuEal del ambiente produce un penacho que se carac-ieriza por su elevación Iongitudinal en forma de cono. En términos de dispersiónvenicál, o- es -5 oC como se ve er la Figur¡ 8 |6. Esto ocasion¿ una disp€rsiónvcrical rúucida en ambas dir€ccioncs verticoles tanto ascendente como descen-

dente. El peoacho posee muy poca probabilidad de impacta¡ con el 6uelo en lasproximidaáes de lichimenea. pero lo ha¡á a cieía distancia a sotavento' depen-diendo en altura de la chimenea y la topogmfía. En la FiSura 8.1?(c). el gradienle

CONTAIIINACIÓN ATI,IOSFERICA 503

F¡gura 8.17, Penachos de ch¡meneas para d¡ferentes clases de estab¡l¡dad:{a) inestable, (b) neutra, (c} esrable.

de temperatu¡a ambiental estable produce un penacho con una elevación longitu-dinal caracterfstica en foma de ventilador. L¿ disoersión vertical es casi nuladebido a quc d{ cB 0 oC, de la Figura 8.16.

Discontinuidades en la est¡bilidad ¡tmosférica En la figura 8.18 se mues-tran las tres posibles disconti0uidades en el perfil vertical de temperatt¡ras. Cercadcl nivol dol suclo, cn las noches claras de invieüro, la tiera ir¿dia su calor ¿lexterior, provocando que el aire qr¡e se encuentra cercano al suelo sea ¡nás frfoque el aire de encima. Las inversiones noctumas empiezan al atardecer cercanasal suelo y se extienden verticálrnente a medidá que la noche progresa. La inver-sión desapa¡ece pues durante el dla. En la Figura 8.18(a) se muestra el perfil deuna inversión térmica muy estable por debajo de la boca de la chimenea y condi-ciones neutrales por encima, En este caso existe una mezcla suave en direcciónvertical por encima de la discontinuidad. Por debajo de la discontinuidad, no seproduce Ia mezcla y el penacho permanece en Ia zona superior. Tales penachosson denominados de flotación. En la Figura 8. I 8(b) se muestra un perfil con unascondicionos casi ncut¡alcs po¡ dcbajo dc la boca dc la chinrenea y una inveNi6otérmica muy estable por encima. Esta filtima inlibe cualquie¡ tipo de mezcla porencima de la altura de la chime¡ea, mientras que cerca de las condiciones neuúa-les y por debajo de la paite superior de la chimenea se favorece la mezcla haciaabajo en la dirección vertical. De este modo, el penacho ir¡pacta contra el suelo acierta distancia aguas abajo*. Tales penacbos se derominaí <atrapado$. En la

* La reminologfa @gua ábajo, en movimi.nro de ¿irc debe enrende¡se como <solavento,.

504 INGENIERIA AMBIEI\'I L

Adhbáliú lcfasl

llvr^'"""'"l \ ) * (I \ / l l

I P6ñacho d€

I rl \ \ II \ \ l t

T D."""iñ rl

7 P€n&ho do rum|g6cbn

Psrfil€. ds

F¡gura8.18. Penachos dech¡meness pars d¡ferentescl6sesde ¡oestabi l idad:

lái inversión térmica por deba¡o, neutra por arr iba' (b) ¡nvers¡ón por arr¡ba'*' "'';'."ui,;;;;i;;f"¡ó,ici iÁversion pór ¿n¡oa, neutra hacia abajo'

Fipura 8.18(c) se muestm un perfil de un penacho que resulia al hab€r condicio-

¡ci ncut¡ales po¡ debajo de la boca de le chimenea y una inversron t€rmlca por

encima.l¡ discontinuidad está más próxima al teffeno que en el caso oe larlgura

8.18(b). Esio da lugar a que cl penacho impacte sobre el tefieno a una olslancra

-á;;;¿--ñ;;; ia'ctrininea iates penacir¡s se dcnomina¡ <de fumisación'

8.9.6. Efectos del terreno en la dispersión

Aleunas veces puede requerirse la investigación de la d¡sPcrsión dc un.contami

n"n'- u io t"rgoi" uou uáriedad de tenenos de dist¡nta topografla' €ntre los que se

incluyen:. lslas térmicas. Interfases tierr¿/ma¡. valles y laderas

Una isla térmica puede ser natural o provocada por el hombre' Porljemplo e¡r un

núcleo Doblacional urbano el c¿lor $e absorbe y se irradia a unas tasas mayores

CONTAMINAC¡ÓNATMOSFERICA 505

que en los núcleos rurales, Sc provocan conientes verticales de convección quese imponen a la condición me¡eoro¡ógica que prevalezca. Deesla fo¡ma, se redu-ce la es(abilidad atmosférica a lo largo de esta topografía y los penachos dc chi-mcneas urbanas tienen m¿yor probabilidad dc impactar más rápidamente en eltefreno que en penachos de áreas ruÉles.

En I¿ zona costcra,las corrientes de convección poseen un sentido de rotacióncontrario entre el día y la noche. Por la noche, la tiena se €nfrla más ¡ápidamenteque el mar, por lo tanto el aire flo asciende desde el nivel de la costa hacia laszonas ¡rás templadas sobre la superficie del mar debido a su capacidad de flote.Se establece de esta manera una coFiente circulatoria que liene sentido contra¡iodürante el día. En las zonas costeras se produce una corriente nocluma invenaqüe puede dar lugar a los alenominados penachos de fumigación.

Los valles producen sus propios microclimas. En los valles donde se asientanciüdades se producen caracteríslicas únicas para Ia dispersión de los penachos-Lás ladems de los vnlles se cali€ntan por radiación solary éstas sobre todo por lanoche desprenden este calor siendo captado a su vez por el ai¡e fresco del valle,estableciéndos€ unas cor¡icntes de convección. En la ausencia de viento a travésdel valle, la dispersión de los penachos no ocuíe tan frecuenlemente como enterreno abierto. l,€s conientes por convección de los valles entonces provocan quelos penachos queden atrapados, aument¿ndo el impacto de los mismos en el suelo,

S.10. DISPERSIóNATMOSFÉRICA

El ejemplo de dispersión de un penacho desde una chimenea es conveniente paraexaminar la dispersión atmosférica, aunqüe puede haber otros ejemplos de interéstales como: emisiones accidentales desde tubelas y ventilaciones, emisiones detubos d€ €slape, penaclos d¿ incendios o explosioncs y cmisioncs dc vcrtcderos.En el esfuerzo de predecir las concenfaciones de contaminantes en un punto yalejadas del foco, muchas técnicas de modelos matemáticos para estimar la cali-dad del aire se han des¡rrollado- Entre éstas se incluye:

. Modelo gaussiano

. Modelo numérico

. Modelo estadfstico

. Modelo empírico

. Modelo ffsico

T¡adicionalmente, se empleó el <modelizado físico> mediani,e lúneles deviento. Sin embargo, únicamente unos pocos cenlros de investigación en el mun-do habían diseñado conecta.rnente estos túneles de viento para investigar los pe-nachos contaminanles en las urbcs.I-os odelos de ülneles para Ias áreas urbanasdebían de ser de un tamaño adecuado paú evitar los efectos de escala y represen-tar apropiadamente las va¡iacio¡es en la velocidad vertical y perfiles de tempera-tura. Los modelos ffsicos son deseables en emisiones de varios focos sobre tene-nos de topograffa compleja.

506 INGENIER¡AAMB¡ENTAL

tls lécnicas "estadísticas o empíficas' se emplean si la infomación sobre

Drocesos físico-químicos es ¡nadecuad¿ Para salisfacer los datos dc panlda oe un

Íi.¿iiiitiiiit¿i¡"" -.encoo gaussian; Esus récni(as teuderán a Producir unr

inioÁu"ion qu" no. utista en laiomprensión del fundamento del Problema de la

:;iiil;;l;il;. i;i";"luación pued; precisar de un control de datos para servir

de avuda al enrendimiento del problemaóon el .modelizado numéricoo es necesario la resolución de ecuaclones de

"onJou*i¿n d".ut".iu, energla y cantidad de movimiento tridimcnsionalcs Se

meiante capacidad de modeliádo es la más deseable aunque aún noesta disponr-

blel gsto se drbe a la complejidad de las ecuaciones relalivas a tenomenos oe

transoorte dc fluidos y mas;s' en paricular los términos de flujos turbulentos de

estas ecuaciones, que aún no son suscePtibles d€ solución'--'titoJ"io .e",;.*i"no' es la tecnicimayoritariarrre"le emPleada para la e*ri

mación de contiminantes no reaclivos {USEPA. 1986) El moclelo gaus5'ano se

"nloent.^ l"¡o. d" s"t

"*acto ya que algunas de las suposiciones del mismo com-

prometen a ia exactitud. Entre estas suposiciones se incluyen:

No existe variación ni en la velocidad ni en la dirección del viento entre

el foco v eI receDtor.L¿.

"i".niáo i"t*-ece en la atmósfem de manera que no reacciona :

ni se deDosita en forma de lluvia o partículas Cualquier penacho que

imoactain el terreno rebota en su totalidad.ü'Jü.il¿' .; ."-". ." la dirección descendente del \iento unica-

Á.ni"'ti.n" trru, "n

lut direcciones venicales y horizonlales del viento'

La disDersión ¡s estocástica y describe exaclamente una dislnbuc¡on oe

Gauss.

2.

l .

3.

E.10.1. Características de penachos de chimeneas

En la Figura 8.19 se reprcsenta el perfil de concentración de un p€nacho que se

eleva. orireden¡e de una chimenea con altura H" El contamina[@ se-emlte con

un cauial O v una velocidad de salida lV. El pen'chñ gana en altura o€bloo a su

velocidad v ilotabilidad antes de despla?aÁe en la dirección aguas ebajo (sola-

"""i"1 ¡.u1¿.

"i t¡"*" que prevaleci por las condiciones atmosféricas La 8a-

.*"i, "" "it."

se denomin'a elev¿ción de penacho AH tá altum efectiva de

penacho resulta:

H,= H, + LH

A mcd¡da que el penacho progresa en la dirección aguas abajo' se asume que su

perlil de concentmción por difusión adquiere una distribución gaussEna sl la

;[dición atmosférica es neutra cntonces se desaíoltará un penacho en forma de

*no. t-" aon."nttuaiOn "n

la línea central del penacho será máxima a una diflan-

cia cercana del foco em¡sor y d¡sminuirá en la dirección aguas ab-ajo A meoroa

que la di\tancia aguar abajo aumenta las exlrcmidades del penacho pueden lm-

( I )NT ] ! I INAC(iNA¡] ! IOSFÉRICA 507

) . /

r . . ' IF¡gura 8.19. Esquema de elevación del perf¡ l de concentración de un De-

nacho.

pactar sobre el teÍeno tal y como se muestra en I¿ Figura 8.19. Si el desarrollo delpenacho se efectúa et las tres dimensiones, el modelo que predic€ la dispersiónde¡ penacho tendrá en cuenta los cambios en los rres ejcs ,r, }' y ¿. La con;entfa-c¡ón de un contaminante en cualquier punto es tal que:

c(x, y, .\

' ' t

I

I

(8 .10 )

(8 .1r )(8 .12 )

8.10.2. La distribución gaussiana

En la Figura 8.20(a) se representa la curva normal (gaussiana), empleada paracafactenza¡ un suceso gobemado por la probabilidad. La altura central en el ejede ordenadas se denomina <mediD yel ancho de la curva se describe en <desviá-cioncs estánda¡,'. Po¡ ejemplo eI68,3 por 100 d€t área ro¡al por ctebajo de la curvase encuentra dentro de <unD desviación estánda¡ a p¡trlir del centro, el 95,5 por100 corresponde a <dos> desviaciones estándar y el 99,75 por l0O conesponde a<tres> desviaciones estánd¿r. La d;srribución de canss en 1¡ dirección lareral } sedescribe Dor la exDresión:

^ I [ lu r = / : e x p l - ;J ¿no,

I

U

OG

(U es la velocidad del viento)

(C es el caudal de emisión)

(G €s la curva de Gauss nomalizada en el plano y¿)

(¿)'l

508 INGENIERIAAMBIENTAL

El á.eá coóPr¿ndidá én ld

es €¡ 6a¡ % del área loral

Figura 8.20.

lbl vaá*iÓn de d

Curva de distribución normal (gaussiana)'

Análogamente en el eje de la z:

1 1 16.=-+-expl .'

J2no'(r'l

A medida que la distancia aguas abajo se incrementa' la concenración P¡co enla

il"iilñ;i;ñ;,rdva q"ue el periaelro secnsancha cn las d;r€cciones ¿e) En

i"¡iül.ióiil * i;¿úa que el valor aumenta a medida que ladistancia a partrr

;:i i?;;;;;;il;"ia. i-a Figura 8 21(a) es una sráfi¿a de la evolución- del

i!i'"iii "",l".p"i

¿tfc¡entes -En

cualquier inslante' el penacho presenla un

ffiilm"" ü;;á;. ¡ los l0 ñinuros ;- l hora' el contomo se exti€nde v con

ii i" "o"""nit""¡0"

p¡.o de Ia llnea cen¡ral disminuyc' td y como se rnuestra en

la gráfica de la Figura 8 21(b),

Figura 8.21.

údej99#9l** '*t" to tn

(bl co@nl.rció. r€kr.va

Desarrollo deseries detiernpo de un penacho (según Seinfield'1986).

CONTAMINACION ATNIOSFÉRICA 509

8.10.3. Ecuación de Ia difusión

La concentración de un contamin¿nte en un penacho en cualquier punto J, ) o apuedc calcularse con I¡ ecuación de dilusión siguiente:

o f t / v t l I r i ? \ : tc ( . r . v . : r - . _ _ ' - , . , r x p l - . 1 1 l l " * p l - i { " ) I r s . r ¡ r¿ n o , o u L 2 ' o . , / l L 2 \ , n . / l

Para el sistema de coordenadas: ir = 0 en el foco (chimenea)

j|, = 0 en ta tínea central det penacho

¿ = 0 en el tereno

Si la altura cfectiva del foco emisor es H, entonces la coordeDada ¿ en l¿ líneacenral del penacho es (z - /J), donde ¿ se mide a partir de la cota del teneno:

o f t / v l 1 I | / z * / J \ , ICtx. J,. ¿) = :--:- '- exp | -: { 1 | lexnl*] l:----j I I r8.t4)¿1rd\o.u L 2 \o,/ | L z\ d. ,/ |

E¡ el supuesto de conservación de masa, de que todo el contacto del penacho conel terreno es co'lrpl€tam€ots reflejado, debe añadirse un segundo término paratener esto en cuenta. En la Figu¡a 8.22 se muestra esto esquemáticamente. Luegola Ecuación (8.14) se convi€rte en:

o t l / v \ r ' l I f t / ¿ - ¡ r \ , 1c\.r.y. z' = i;_exrl _ltf,/ I ¡*¡;( '. l l.."-'[;(#iJ] (8.15)

Las unidades apropiadas son:

0 = cualquier propiedad por unidad de riempo, por ejemplo, kg/s, m3/sC = cualquier propicdad por unidad dc volumen, por ejemplo, k8/tn1,

m'lm' o ppb

o), 4 = coeficientes de difusiót, en m, en función de la distancia, aguas abajoEn las Figuras E.23 y 8.24 se encuenfan las curvas Pasquill-Gifford pa¡a loscoeficientes d y d.. A partir de estas gráficas se obtieneo los valores de estosparámelros conociendo la distancia aguas abajo r y el criterio de estabilidad.

El mayor ¡rteÉs Edica €u cl ¡.onocinienro de la concenMción a nivel delterreno (¿ = 0), así que la Ecuación (8.15) se reduce a:

^ o f t / v l l I t / H \ ' I. " . y . ¡ t _ no \ ue^p L_ r \ " . / l . _pL_ r \ , . , J 18 .16 )

510 TNGENIERíAAMB¡ENTAL

F¡gura 8.22. S¡stema de coordenadas y reflexión sobre €l terreno del desa-rrol lo de un penacho.

I¡ concentración máxima a nivel del teneno se encuentta en la llnea central delftenacho, ) = 0, de mane¡a que

C(x, o, o\ = -9-:excl ; (:): (8.1?)

(8.20)

8.10.4, Emisiones a nivel del terreno

I¡ Ecuación (8.15) para las emisiones a nivel del terreno, tales como ñ¡egos o explo-siones o gases fugitivos o emanacioncs gaseosas de vcrtcdcros, sc convicrtc cn:

o f | / . \ 2 - l T | / . \ r - lc ( ¡ , J . ¿ ) = - - : _ e x p l - : { ¿ l l e x p l - : l : l | ( 8 . t 8 )

f t 6 ,o .u L 2 \o , , / l . L 2 \o . , / l

Pam concentraciones a nivel de terreno, z = 0:

c(x.y.o)=1exPf-+l+Il (8.re)l t t t \o lu L ¿\o ' } ' l l

La concentmción máxima al n¡vel del suelo a lo largo de la llnea centml delpenacho donde ) = 0 se expresa como:

o'

ttop-U

Lrn€ @nlrál dol pe..ctro real

CONT MINACIONATMOSFERICA 5I1

| / I| | lI l iI_urI a

t.lll t c

Tl¡ 1 E:

rff I| | l| | l LI l //

nt1.tv

++x4'V'

ffi

/,.

,al dr Mod€radóh6nr€ i¡.rt8bló

F: Mod€r¿dámsnro 6sirbl.t | l l r r l

_z7,.,

7l ull1_#

l d 2 5 1 0 ¡

D¡s$ncl¿ do l€ rlont€ (ml

Figura8,23. CoÍe¡aciones para d"basadas en lasclases de estabiljdad A-F dePasquill (G¡fford, 19611. Estas son lás denominadas curvas de Pasquill-G¡fford.

Ejemplo 8.10. El fuego en un venedero emite 3 g/s de NO. Detenninar taconcentracion de NO a 2 km aguas abajo si Ia velocidad del vienro Uro = 5 nvs ylaclase de estabilidad €s D. ¿Cuál es laconcent¡ación máxima a nivel del terrenoy también a 50 m sobre del terreno?

Solución:

c l t 'o ,o ¡=Lno'o,U

De las Figu¡as 8.23 y 8.24, pftra t =2krn

d , = 1 5 0 n

o , = 5 0 m

:-o2

(8.20)

- - - - - . - ' r n q q - i ' | ' F

5I2 INCENIERIAAMBIENTAL

5

F¡dura 8"24. Correlac¡on€s para r,basadas en las clases do estab¡lid¿d-A-F de

F;1;; ñ ¡drr";; i;áii:ñ;5io-nlá" ¿ánomin"o"" curvas de Pssquirr'Girrord'

!

p

Portanto C(¡ = 2 km, Y = 0, z = 0) =r x l 5 0 x 5 0 x 5

3 x 1 0 " = 25,5 tg Nq/mr

c(r. y = o. z = so n) = #."' [-j (il]

=

'#*-'-[;(iR== 15.5 ¡g NO,/m¡

A Extútudtmnlé imrtbló

Br Modór.ddñ€ñto ¡n.dabl€

c Lig€r¿ñ€rfo in$tab¡e

F¡ Mod..ld¿o€ñro .tubl€

Dis$nci¡ d. la f@¡to {ml

CONTAI\'f INACION AT]\'OSFÉR¡CA 513

8.10-5- Elcvación del penacho

Cuando una chimenea o foco emite un penacho contaminante, lo hace con unavelocidad de sal;da. Esla velocidad de salida (canrjdad de movim¡enlo) y la ilot¡ción fuerzan a la emisión en senrido ascendentc hacia la atnósfera antes de ad-quirir la direcc¡ón de viento predominante.

La altura de esta ascensión se denomifla elevac;ón del penacho, AH. Briggs(1969) revisó el fenómeno de la elevación del penacho y emp¡eó muchas fórmu,las y métodos para determinar ̂ ¡1. t¡ elevación del penacho puede tener unefecto en ¡as concentraciones finales a nivel del te¡reno, reduciéndolas sisnifi-( '¿t¡rurn(nrc. La elevación delpenacho aumenra Ia alrura efecl¡va de la chir ieneaentre un l0 y ün 200 por 100. Los primeros rabajos sobre la elevación del pena-cho dieron lugar a las fórmulas de Holland u Oak Ridge (US Weather Bu¡eau,r 953):

donde

En esta ecuación se incluyen términos tanto para la cantidad de movimientocoño pa¡a la flotación, estando esle último basado en el análisis de fotogmffss depenachos llevadas a cabo en Oak Ridge. Desde entonces han aparecido otrasmuchas fórmulas y las recomendaciones de Briggs (1969) son de lo más com-Dlelas.

Para condiciones <neutrales) o <inestables> (estabilidades A-B-C o D):

Para ¡ < ,rl

) v t f / 7 ' - T \ Im=-, ; ' l l ,s + 2.68 x l0- '?P{ - - * l2 ' , IU L \ ¡ , 2 ' I

( = velocidad de salida en la chimenea, rl/s

¡, = radio de la boca de chimenea, m

U = velocidad del viento, n/s

P = presión atrnosférica, kPa

?: = temperatura de la chimeriea, K

4 = temPeratum del oire, K

U

(8.2r)

(8.22)

donde ¡J= dista¡rcia aguas abajo a panir de la cota máxima de ¡a elevación d€lpenacho, m

U = velocidad del viento en la boca de la chimenea. rl/s

-F = parámetro del flujo por flotación

514 INCENTERIAAMBIENTAL

Entonces

f2,l6ro¡ff1ó, r - \6740A

par¿ H, < 305 mpara H. > 305 m

(8.23)

(8.24)(8.2s)

(8.26)

s,1969),

(8.27)

(8.28)

(8.29)

(8.30)

Pa.a x > xt,

^H- r '6F'"1"f0.4+ oe¿ r- u.zl ' ) ' ' l I I *o.s r) 'u L l \ t / / l \ t t . /

Paracentrales térmicas de combustibles fósiles de más de 20MW (Brigg

(ry para¡< 10¡1,,-' -

I r.0r',1r6¡7,¡'"tt_

---:_ pa¡a¡> l0H.

Para condiciones <estables) (E-F):

/ r \ , /36u = z,t ¡us)

donde S es un parámetó de eslabilidad:

s=f =(f to'o' ' 'r ')

EiemDloS.ll. Para la centrat térmica de 915 MW de los ejemPlos- anterio-

rcs. cilcuür h altura efectiv¡ de chimenea bajo condiciones tanto n€utrales como

ine;Ebles, empleando (a) la ecuación de Hollamd' y (b) la ecuaciÓn de Bnggs srA T

en condición estábte es tal que i = 2'Clkm, delerminar (c¡ la elevación delLZ

pe¡acho empleando la ecuación de Biiggs apropiada'

Rádio de boca de la chi¡¡¡¡s¿ = 4 m

Altura de chimcnea = 250 m

Tempemtura ambiente = 20 'C (293 K)

Velocidad de salida del gas = 15 r/s

Temperatü¡a de salida del gas = 140 "C (413K)

Presión atmosférica = 100 kPa (1000 mb)

Velocidad del viento en la boca de la chimenea = 5 m/s

CONTAIIÍINACIONATMOSFERICA 5I5

(a) Ecu¿ción de Hol¡and:

nn =2 ' , ' , f r , 5 -z , t ¡ x to ,p ( l ' - a \u . l=u L ' - - ' - " ' \ r . ) ' " ) -

2 x 1 5 x 4 f , . t 4 t 3 - 2 9 3 t Il t . s r 2 , 6 x t 0 r l - 1 8 l - t 8 t m) | \ 4 t J / l

(b) Ecuación de Briggs para condiciones neütrales e inestables:

^ , , | . 6F ' ' r l t lU

/ T - T \ / 4 r i - ) A - . \r = ev. t l#) = e,8r x ts x a : { - l= 684 m¡ isr

\ , , / \ + r r /.t!=2,16r'ona:s = 2,16 x 6840¡ x 250qó = 807 m

.,, 1.6 x 684¡/, x 807?/r ̂ .

Por tanto para condiciones neul¡as o inestables, las ecuaciones deBriggs dan Á¡1 = 244 m.

(c) Para condiciones eslables (E o F) ¡enemos la Ecuación (d.29)

/ F \ i / lA,H =2.41 - |' \us,/

o I A T \ S ¡ ls -

i (É + 0.0r J= -ñ (0.002 + 0.or ) = 4 x r0r

/ 6R4 \r/3dd= 14(s,4, ro- ,J

= 'ut .n

Se puede apreciar que la elevación del penacho es aproximadamente delñismo orden qre lá altura de la chimenea.

Ejemplo 8.12. Una central térmica de 915 MW con uú factor de cal.ga de72,5 y un rendimiento del40 por 100 emplea ca¡bón como combustible. EI car-bón tiene un contenido en azufre del I por 100 y uDa capacidad calorífica de30 MJ/kg. La altura de la chimenea es 200 m con un diámetro en la parte superiorde7 m. Si prevalecen condiciones neutrales, determinar laconce¡tración máximacn cl tcr¡cno de SO! a I, l0 y 100 km dc la planta. Uro = 4 nr,/s, 7"= 150 "C,7,,= 20'C y ( = 15 m/s.

516 INOENIERÍAAMBIENIAL

Solució^:

915 MW dc Potencia = 3 294 ! l0r MJ'¡n

3 29a x l0r x 0'725Carbón demandado = = 199 r/h

0,4 x 30t

Azufre al I 7, = ;;

x 199 = 1'99 lh

Dióxido de azufre SO, = S + O,

Masa atómica 32 32

Dióxido de azufre = 1,99 t/h + l'99 t/h = 3'98 Úh

Tasa de emisión de so'? = I'l kg/s

Velocidad del viento en lu / z \"boca de la chimenea U, = U.IO]

Pu." un ,"o"no *t"l P - 0,16

u,: offi '"=u.t..Elevación del penacho Por Ia fórmula de Briggsi

Rujo por flotació¡:

/'r - r\ - s,1423 - 293\ - 5s3 m,/s,F = 8v,¿l ' : i2 l =e,8 x ts x 3.r

¡ tn ) - -

\ ¡ ¡ l

Distancia a la elevación total de penacho:

,r = 2'l6Foa H:ó = 2,16 x 5530/ x 2Od 6 = 648 ñ

^H- l,6Fvr¡',3 - 1.6 x 551r: x 98']/r = 150,5 m

u 6,5

Para r = l0 km (>loH):

l.6F'n x (10".)zl^ H = =

U

Para ¡ = 100 km:

1.6 x 553'6 x 2.o00ur .^^ -6,5

AII = 320 m

CONTAM]NACIóNATMOSFÉRICA 5I7

Concentración máxima a nivel del lerreno a 1, l0 y 100 km:

c (x . y=a ,¿=9 ¡= -9 f I / ¿ / \ ' l

"" '"U'.0 l- Z\; ') la l k m :

De las Figuras 8,23 y 8.24:

o r = 7 5 m

o ' = 3 3 m

Por tan¡o

1,1 r I /35oYlL(¡= I Km, = --"-n l-ztl" / J

= s'z x l'-¿i /rshl

a l0 krn: Ii = 200 + 32.0 = s2D m

De las Figuras 8.23 y 8.24:

dr=550m

o ' = 1 4 0 m

Po! tanto

c(¡= ro kjnl = ------.l-!-, T | /<'^\2'l-* - '- -" - '.' 5501 140 ,. 6"5 exp

L-; l:::r40J J = 0'71 ¡e/m!

a 100 km: f l=5l l m

De las Figuras 8.23 y 8.24:

oY=4000m

4 = 4 5 0 m

Por lo ta¡to

c(¡ = ro0 r.-m) = ---_Ll- "," l-1 /520\'l - ,. , ..-,-'-* - -'" - "tlooo x 6,5'"P L-t \450/ I

= '¡i r8l''

Recordar. que et estándar de la OMS para la concentración de SO, en el aireamDrenrat sc encucnr¿ enrre los .{0 lglmr pala uí tiempo de exposici¿n de I añoa Jt'.¡ lglm- pam un dempo de exposición de l0 minutos. En elljempto aaterior,

H = H " + L H = 2 0 0 + 1 5 0 = 3 5 0 m

518 INCENIERfAAMSIENTAL

si el penacho estuvieü cstrictameote bajo cond;ciones neut'as' existiría un im-

oa.io nec^¡iro mini.o sobre el pxisaje ¡ocal atrcdedor dc la central Condiciones

lÁo.f¿ic", d¡t"t"ntes unidas a la ltúvia producirían un resullado muy diferentc

Según el resultado del ejemplo anterior la concentración máxima a nivel dcl te-

rr"'no uu*"ntu "

."¿l¿" que crece la distancia dcl foco Una chimenea de 200 m

de aitura se considera altiasegurando así una disp€rsión máxima en la almósferaantes de qt¡e el penacho tome contacto con el teneno. Sin embargo' puedencam-

Uiu.i^n,Jtu" "on¡i"ion"s

atmosféricas como las caracteísticas de la emisión que

tengan un efecto negatiuo at conlrario del prcvi\lo en unas condiciones ideale"

E.l8..r*.. por pán. de la emisión se iraminan en ta siguien¡e sccción.El

l".ro, ¿"¡" ,.f.,i,t" , fumcr (1q70) para cjemplo\ resueho) con mayor detalle'

A\í mismo se aconseja at leclor que reprcqente los dalos calculados en una gráll-

caa efectos de estimarla distancia aguas abajo en donde existirá laconcentraciónmáximá en el nivel dcl süelo.

Eiemolo 8.13. Dclerminar la altura de chimenea para una emisión industnalde l5-O k;idia de | ,2-dic loromctano ¡CaH.Cl:, si e).isre un complejo re(idencralsiluado l:5 lm aeuas abajo y el límik de concentración en el ambiente no debe

superar los ?00 t¡-glm'. fl 85 por I00 del tiempo prevalecen las-condicionrs neu-

tralcs (D) y ésla debe emplearse como condición atmoclénca de olseno Las ca-

facteústicas soni

Velocidad de salida del gas = 15 r/s

Temperatu¡a de salida del gas = 150 'C

Diámefio de la boca de la chimenea = 3 m

Temperalum ambi€nte = 20 'C

Uro=4n/s (suPonet U, - 6 rn'/s)

0 = 150 kg/dla = 1,7 g/s

s¿luc¡zn. De l.s Figuras 8.23 y 8.24. a 1.5 km. o" = 100 m y o, = 33 m Por tanto

c(¡ =,,5 km. y = o, z = r = #-' l+ (i)l700 x l0{ =

t ,7 *' [ ; (i)'], ¡ x 1 0 0 x 3 3 x 6

Hz =2.1181¡25,6

*'l-l (Í)'l = ̂''".,1-i(sJ]=,'',

CONTAMINACIONATMOSFÉRICA 519

El penacho electivo

Resulta

H = 8 4 ñ = H " + L H

¡1. - 30-60 m

1 ,6x r02 tax10023

Para determinar l/., se iter¿ en la siguiente ecuación de Briggs:

^ , , l . óF r / ' x ( t 0H , rY 'U

T - T ¿ ) 1 - l O 1F = sv,¿ :+:: = 9.8 x 15 x t.5' r-i, - - = t02

Si H.=50m AH= l ó '-!!1'x 500'' = t5ó r (d",nu"i"do

"lro)

S i H " = 3 0 m N l =3

1,6x l02r/r x 100,/3

= 111 m (demasiado alto)

S i ¡ 1 " = l 0 n

es decir

si ¡/, = 15 m.

H = l0 + 52 = 62 ñ < 84 m (este caso demasiado bajo)

A,IJ = 69 m

I l - 1 5 + 6 9 = 8 4 m

Por tanto

La altura mínima de chimeoea necesa¡ia es4= 15 m. Estoscáculos son elemen-talcs. Vóasc Scinfcld (1986) y Stcm (1976) para rcfcrcncias en más detalle.

8.10.6. Efectos del foco emisor sobre el comportámientodel penacho

[¿s chjme¡eas de las centrales térmicas y plantas iúcineradoras son normalmentealtas, únto como muchas toÍes de ventilación de algunas industdas. Igualmenteson altas las tores de refrigemción de vapor de agua (HrO) de las centrales térúi-cas. En estos casos, las torres de ventilación son basta¡te más elevadas que elrcsto de los equipos y edificios de una planta a et-eclos de eliminar o reducir los€feclos del foco emisor. Sin embargo nurnercsas i¡dustrias emplean conductos deventilación cofos situados sobre tejados de edificios o chimeneas de calderus debaja potencia calollfica. En estas situaciones, al igual que en edificios comercia'les y residenciales, estas emisiones de escasa altura son susceptibles de interferir

520 TNGENERíAAMBIENTAL

con los edificios adyacentcs. El térm¡no <lavado dcscendentc" se emPlea p¿Im

;;l;;;i];"¿*ñ que sufre un penacho al ser succionado eo sentido descen-

ilil;t;;¿;¡-"si;;'iiion. e't" tJno.n"no t" produce si existe una zona de baja

h'"zu*tn¿ t l**:t g m.mr# :i#":i ilxi:#^'i"';u"= *r".T¿¿ ¡,i¡t*,uia"l ni.ntoi. nott"lrnen(e no se da el (lavado descen-

"""ii tu Fisuru E.26 ." mueslra la evolución de las líneas de fluio alrod€dor dc

*iit*rf f ,;*lt*1,U."'l"ijidllxfiiülT¡früb3h""r#:.';';:i*:*'fkt';:l'i:lJ"'.Tff ::T""::il'.'';'fi ii:i9.J :"ili:ilá.i.::l * l*: :l :[:,ffi"l"'*:H j:']3l?lffJf"T Jj:'$T""x'x"j #'::i:ii:lti"**9"::1"'::lnnti"#'i:fl,ffi ii::T":: ;-ü';i3'.i:i;tüio

"i¡t* "f."d.¡ot ¿el edificio diversas zonas en donde puedcn reünirse y

ffi;;;; r..;;i;*inantes del.aire .Esos'p-untos ::flfiil"T:ffi43;;ben tenerse en cuenta a la hora de situar las

:]l'lf.fl* :*u ltl'tr':i"Ti:'n .'-llilh::",'"'is' ;'ü'"ir:"' *ir:.m*iÍiu:*rilit1iÍJ'ifl:? í"i #:ifi :T:l:i'"liJ";',1"ifi :frá il¡ ¡r, t qu"¿aten artapadas en la zona de 'lavado descendente' en el remollno

',:;ri:l;::iru*¿*lij lll,lj'li :"15J'$i:'fl"rjifJ',':' #"'":''i; 3!;ü;^;ü;; i";t ¿ cavitación sin embargo' 6i cl cdificio es alto' te¡drá

i""^i u "J¡.**i"

y se po¿lrÁn encontrar allas concentraciones en pales del

i;il" ;;;;i;¿.""h'o quedará atrapado en la estela del edificio si esto

suce¿le, se Droduc'á una rccrrculaclon oel contaminante a nivel del suelo Nor-

-ri."iti" ".'" "ofi""

*" regla aproximada de que el foco eÍüsor deber manlener_

Frgura8.25. Fenómeno de (lavado descendentet ---€l edific¡o se encuentraaguas abajo de la ch¡menea.

CONTAMINACIÓNATIVÍOSFÉRICA 521

--cttt-o-

.-o oo-Fqrri*ió¡ do!ónicq

(bl Virr do Lont.

F¡gurd 8,26, Esquema de líneas do flujo alrededor de un cuerpo.

se a una distancia 2,5 veces la altura del edificio. Esta norma en muchos casos serelaja. Briggs (1973) desarrolló métodos para evaluar los efectos de los edificiossobre los penacbos.

E.11. PROBLEMAS

Una industria emite SOu du¡an¡e las 24 horas a unas concent¡aciones de10, 60, 48, 57 y I I ppm dc lr¡ncs a vicmcs, durante cl 2 al 6 d€ lt]ayo de1994. ¿En qué día se excede el estánda¡ de 140 pglm3?Si se encuentra metá¡o en la atrnósfe¡a a 1,5 ppm por volumen, determi-na¡ la concentración en ppm por masas-Si el total de ñasa de pa¡dculas en Ia atmósfera procedentes de todos losfocos es 106 toneladas y se asume que se dist¡ibuye enteramente denfo deuna capa lfmite de I km de altura, calcular la concentmción media enppm.hepare una tabla de los estf¡dares de calidad del aire ambiental pa¡a loscontaminantes de rcfere¡cia dent¡o de la legislación de su localidad (co-munidad autónoma o pafs) y compárelos con las recomendaciones de laoMS l l98¡.

8. l .

8.2.

8.3.

Iil"

8.4.

522 ¡NCENIERÍAAMBIENTAL

8.5. En un mapa de su pale dcl mundo localice las centrales eléclricas (exclu-"" í""i. ir.fiá"i¿iiricas). Idcntifiquc el tipo de centtal bien nuclear' gas'

;arbón u otra fuente de combustible'¡.0. ii" f" f-r¡f" g.e' estimar la cantidad de co que emite un vchículo por

k¡lómetro.

l'ir"tl¡l¿:::r,'*: l: s3ltt5:r"Ti:ii.jtr3lii^fi¿'ff Iriol.g"",l";

""nt,ut t¿.-i"" de carbón importante de su zona' calcule la canti-

ii¿ *uui ¿" pu*t ul"., so, y cor' ¿Qué lecnologfa emplea esta planta

lili ::fiiil,f iq'H:::i:,:'-.'.**T:'.'",^XT:ff T::, H;il:,::dcl gas del 98 por 100 de CI{a, det€rmtne

t#:i:t:l;:r'J"!lü'es erécrricas de su zona (o país) v conociendo la

', ¿';x;:jlll*lltt;i"il?ii,T,i.!1l1ll1'T"i"'; ;ü;iti:ü^'T:liijde estas emisiones de carbón?

;*xt amx'*Hl1i#::*ffi 3:!:trlLi""'j'Í*xlilll?; Ihombre.y;¡;[k,;"m*xr;Jff i::r:JJ,"'ff;*T""]rTftii:#;i#;it; =-d:-J;; ambos casos Dibuje el perlil hasta los 100 m de

liiu.a. coti.nr.. us aif"rencias entre ¡mbos perfiles'

8.9.

8 .10 .

8 . 1 l .

8 .12 .

8 .13 .

8 .14 .

8 .15 .

8 .16 .

8 .17 .

l"r i.üi. il" i"ti" 8.28. detemine. Par; su..':","].::!:.::':^"J.?.:,:;t¡bilidad atmosférica ¿Cuálprobabilidad de c¿da una de las clases dc e!,.dicioncs dcsérticas?¿s la clase de est¡bilidad ddminante en con

;i;;;i;;"-Ññi";"stuviese despejado de nubes al mediodía' con una

i.l..i"Jáá "i.*.

¿. 1,8 m/s a iO-m por encima del nivel del suelo'

icuál es la clase de estabilidad?irt"

"ii-¡í"*" S. f¿, ¿etermine la velocidad del viento a 180 m sobre el

nivel del suelo.ij"i"" r" i""*ro" del proceso de difusión si se asume que no existe

reflexión sobre cl teneno.iirr r'fá"o i"¿or,.ia ti"ne una tasa de ernisión de 0'l I kg/s de soz proce-

i"*í J" t"" "rtirn""*

¿" 40 m de altura t'a velocidad de salida en la

üü^.i ¿. ro "v..

r, "mper¿$ra

de salida del gas es 100 oc y la tempe-

ratura del ambienle es 20'C. Calcule la concenÚación a n¡veldel suelo' a

il,i, o,i ój rp, 1,5, 2 v 2J km a sot¡vento de la chimetrea Dibuje un

perfil longitudinal de las concenÚaciones'bara el Prloblema 8.t4 represente la forma del perfil de concenmciones

Dara las clases de es@bilidad atmosférica tanto alEmente Ineshbles como

;lbmente estables. Razone sls respuest¿s'Ün foco localizado en una zona rural emite 0,5 kg de So, por segundo

oor una chimenea de 30 m de al¡rra La elevación del penacho se asu'

8 .18 .

8 .19 .

CONTAMINACION T]\,IOS|ERICA 523

mc qüc posee un valor nredio de 20 ¡n y l¿ velociditd del viellto a ¡os 10 mes 4.5 n)/s. Dctelnt inc la concentración mixi¡¡a a Divel de¡ suelocn llg¡nr.

8.20. Para el ProbleDla 8.17 dctermine la concentr¡ción máxima en ppm. ¿Aq!é distancia máxima aguas abajo ocurrirá csta concenrración?

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