dossier pràctiques citma ei 13_14

Ciència i Tecnologia del Medi Ambient.....................….........................................................................................................................................................1

Curs 2013-2014

DOSSIER DE PRÀCTIQUES

CIÈNCIA I TECNOLOGIA DEL MEDI AMBIENT (Codi 3105EI0024)

ENGINYERIA INDUSTRIAL

ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR Departament d’EQATA Professor teoria: Miquel F. Llop Professors pràctiques: Montserrat Colldecarrera,

M.Àngels Pèlach Neus Pellicer Josep Puig


ÍNDEX

0. INTRODUCCIÓ ................................................................................................................ 3

1. DETERMINACIÓ DEL CÀNON DE L’AIGUA ...................................................................... 5

2. DEPURACIÓ CICLÒNICA D’UN FLUX GASÒS ................................................................. 14

3. SIMULACIÓ DE DEPURACIÓ BIOLÒGICA D’AIGÜES RESIDUALS ................................... 20

4. SIMULACIÓ DE LA DISPERSIÓ DE GASOS ..................................................................... 23

5. ESTIMACIÓ D’EMISSIONS EN DIPÒSITS D’EMMAGATZEMATGE DE DISSOLVENTS ..... 32

6. BIBLIOGRAFIA .............................................................................................................. 36


0. INTRODUCCIÓ

L’assignatura “Ciència i Tecnologia del Medi Ambient” de l’estudi d’Enginyeria Industrial

ha d’aportar els coneixements necessaris perquè, en el desenvolupament de l’activitat

professional, es pugui avaluar la sostenibilitat de propostes/projectes/actuacions pròpies

i aplicar les tecnologies mediambientals als processos industrials.

Les pràctiques corresponents complementen els diferents temes del programa de

l’assignatura.

(Lab) Determinació del cànon de l’aigua

(Lab) Depuració ciclònica d’un flux gasós (es desdoblaran els grups de pràctiques)

(Ainf) Simulació d’una depuradora biològica d’aigües residuals. Programa BIOWIN

(Ainf) Simulació de la dispersió de gasos. Programa ALOHA

(Ainf) Estimació d’emissions en dipòsits d’emmagatzematge de dissolvents. Programa

TANKS

La distribució dels grups de pràctiques pel curs 2013/2014 es farà segons el calendari

adjunt:

HORARI de PRÀCTIQUES 2013/2014 Ciència i Tecnologia del Medi Ambient

10/02 17/02 24/02 03/03 10/03 17/03 24/03 31/03 07/04 14/04 21/04 28/04 05/05 12/05 19/05

Setmana Inici A B A B A B A B A B A B

13-14

14-15

15-16DUCA

AC-223

DUCA

AC-223

CICLÓ

Pesants

CICLÓ

Pesants

CICLÓ

Pesants

CICLÓ

Pesants

16-17 grup 1 grup 2 grup 1/A grup 2/A grup 1/B grup 2/B

15-16

16-17

17-18DUCA

AC-224

CICLÓ

Pesants

CICLÓ

Pesants

18-19 grup 4 grup 4/A grup 4/B

Dimecres

8-9BIOWIN

Fciències

DUCA

AC-223

ALOHA

III-01i

TANKS

III-01i

CICLÓ

Pesants

CICLÓ

Pesants

9-10 grup 3 grup 3 grup 3 grup 3 grup 3/A grup 3/B

Dijous 10-11BIOWIN

Fciències

BIOWIN

Fciències

ALOHA

III-01i

ALOHA

III-01i

TANKS

III-01i

TANKS

III-01i

11-12 grup 1 grup 2 grup 1 grup 2 grup 1 grup 2

Divendres

Dilluns

Dimarts


1. DETERMINACIÓ DEL CÀNON DE L’AIGUA

El cànon de l'aigua, impost de naturalesa ecològica sobre l’ús i la càrrega contaminant

abocada pels diferents usuaris de l’aigua va entrar en vigor l'1 d'abril de 2000, i està

regulat pel Decret legislatiu 3/2003, de 4 de novembre, pel qual s'aprova el text refós de la

legislació en matèria d'aigües de Catalunya, modificat pel Decret 47/2005, de 22 de març.

A través del cànon de l’aigua els usuaris contribueixen als costos dels serveis del cicle de

l'aigua, que comprenen:

Les despeses d'inversió i d'explotació dels sistemes de sanejament (col·lectors i

estacions depuradores), dels embassaments i de la resta d'infraestructures de

producció i transport de l'aigua.

La prevenció en origen de la contaminació, i la implantació i manteniment dels

cabals ecològics.

La recuperació dels aqüífers contaminats, les obres d'instal·lació d’infraestructures

d'abastament en alta a municipis, i les instal·lacions de reutilització d'aigua.

Les despeses que genera la planificació hidrològica, la tasca d'inspecció, i les

tasques de control del bon estat de les aigües litorals i continentals per a ús de

bany.

El cànon té un fort component ecològic, i per això grava l'ús real o potencial de l'aigua i la

seva possible contaminació.

Hi ha dos tipus de cànons: el cànon de l’aigua aplicable als usos domèstics i l’aplicable als

usos industrials.

El cànon de l'aigua aplicable als usos industrials

En els supòsits d'usos industrials i assimilables de l'aigua, el cànon de l'aigua resulta de la

suma d'un tipus de gravamen general, corresponent a l'ús, i d'un tipus de gravamen

específic, corresponent a la contaminació.

La determinació d'aquest cànon de l'aigua s'efectua, per aquells usuaris d'aigua que hi

estan obligats, a partir de la presentació de la corresponent Declaració de l'Ús i la

Contaminació de l'Aigua (DUCA).

El càlcul del cànon de l'aigua (€) = Base imposable (m³) x Tipus de gravamen (€/m³)

On el Tipus de gravamen = Tipus de gravamen general + Tipus de gravamen específic

Es pot determinar el tipus de gravamen específic segons un dels següents sistemes:

- Tarifació per volum: d'acord amb el valor determinat amb caràcter general.

- Individualitzat per mesura directa: d'acord amb un valor individualitzat per a cada

usuari industrial, en funció de l'ús i la contaminació produïda.

Declaració de l'Ús i la Contaminació de l'Aigua (DUCA)


La Declaració d'Ús i Contaminació de l'Aigua (DUCA) és la declaració relativa al consum i a

la qualitat de l'abocament d'aigües residuals que els usuaris industrials i assimilables, si

escau, han de presentar davant l'Agència Catalana de l'Aigua. Conté totes les dades

necessàries per a la determinació del cànon de l'aigua i especialment les corresponents al

tipus de gravamen específic.

Han de presentar la DUCA:

- Els usuaris industrials i assimilables amb un consum anual d’aigua superior a 1.000

m3, l’activitat econòmica dels quals es trobi inclosa en els codis A032, B, C i D de la

Classificació catalana d’activitats econòmiques (CCAE-2009).

- Els usuaris que, tot i no complir els requisits anteriors, rebin un requeriment

exprés de l’Agència Catalana de l’Aigua.

Hi ha dos tipus de declaració DUCA: DUCA Abreujada i DUCA Bàsica.

DUCA ABREUJADA:

És la forma més senzilla de declaració i correspon als establiments que, d'acord amb les

dades particulars de l'activitat (codi CCAE), volum d'aigua abastada i abocada, càrrega

contaminant de les aigües residuals abocades o sistema de depuració que disposin, no

han d'especificar la càrrega contaminant dels seus abocaments de forma individualitzada.

La DUCA abreujada implica l'aplicació del tipus de gravamen de tarifació per volum.

DUCA BÀSICA:

Correspon als establiments que, per les seves característiques particulars han de declarar

de forma individualitzada la càrrega contaminant de les aigües residuals abocades. La

DUCA Bàsica implica l'aplicació del tipus de gravamen individualitzat, la part específica del

qual pot estar afectada per alguns dels següents coeficients:

1) Cp = coeficient punta parcial.

Coeficient que afecta a cadascun dels paràmetres i que expressa la relació que hi ha entre

el valor de concentració de la contaminació màxima i el valor de concentració de

contaminació mitjana.

2) Ka = coeficient d'abocament a sistema.

D'aplicació per als abocaments efectuats a sistemes públics de sanejament (Llei 5/2012).

- El seu valor genèric és Ka = 1,5.

- S’aplica Ka = 1,2 pels abocaments al mar d’aigües residuals no tractades en

depuradora pública, fets a través de col·lectors i emissaris submarins

corresponents a sistemes públics de sanejament.

3) Ks = coeficient de salinitat.

Afecta al paràmetre de les sals solubles. Quan els abocaments es fan a aigües superficials

continentals amb cabals circulants superiors a 100 m3/s, el valor és Ks = 0,2.

Per als abocaments no tractats en una depuradora pública i fets al mar a través de

col·lectors o d’emissaris submarins públics, el valor és Ks = 0.


4) Kd = coeficient de dilució.

Aplicable als abocaments directes a mar mitjançant instal·lacions de sanejament privades.

El seu valor depèn de les característiques de la instal·lació.

5) Kr = coeficient corrector de volum.

Relació entre el volum d’aigua abocada i l'abastada.

6) Cf = coeficient de fertirrigació.

Afecta el consum d’aigua que tingui com a destinació final la reutilització pròpia amb

finalitats agrícoles. El seu valor és 0,75.

L'obligació i el tipus de declaració DUCA a presentar pels usuaris industrials i assimilables,

està en funció de l'activitat (codi CCAE) i del cabal anual total abastat. També es té en

compte el cabal d'aigua no abocada, la càrrega contaminant abocada i el sistema de

depuració. En el quadre següent es mostren els diferents casos:

CCAE-2009 Qconsumit(m³/any) Obligació DUCA Tipus DUCA

Inclosos en la divisió

B, C i D i grups A032,

E360, E383 i J581

Inferior a 1000 Només per registre si

es requereix Abreujada

De 1000 a 6000 Sí Abreujada o Bàsica (1)

Superior a 6000 Sí Bàsica

Resta de CCAE

Inferior a 1000 No, si no es requereix Abreujada

De 1000 a 6000 No, si no es requereix Abreujada o Bàsica (2)

Superior a 6000 No, si no es requereix

(optativa) Abreujada o Bàsica (3)

(1) Bàsica en el cas que: i) L'Agència ho requereixi; ii) Se superin els valors de contaminació següents: MES =

500mg/l i/o MO = 750mg/l; iii) es disposi d'un sistema de depuració propi segons l'annex B-6 del Decret

103/2000, de 6 de març, modificat pel Decret 47/2005 de 22 de març; iv) Les aigües no abocades

representin més d'un 50% del consum total.

(2) El tipus de declaració (DUCA) que sigui requerida per l'Agència.

(3) Voluntàriament es pot presentar una DUCA bàsica que pot implicar l’aplicació del cànon de l’aigua pel

sistema de tarificació individualitzada.

Quins són els tipus vigents per als usos industrials i assimilables?

Els valors vigents dels tipus dels paràmetres de contaminació del cànon de l'aigua per a

l'any 2013 per a usuaris industrials i assimilables segons la Llei 1/2012 i Llei 5/2012 són els

següents:

1. Tipus general: 0,1498 €/m³

2. Tipus específic:

- Tarifació per volum (DUCA abreujada): 0,5873 €/m³

- Tarifació individualitzada per mesurament directe de l'ús i de la càrrega

contaminant abocada (DUCA bàsica) segons taula:


Paràmetres de contaminació Preus paràmetres

Matèries en suspensió (MES) 0,4537 €/Kg

Matèries oxidables (MO) 0,9076 €/Kg

Sals Solubles (SOL) 7,2617 €/Sm³/cm

Matèries inhibidores (MI) 10,7650 €/Kequitox

Nitrogen (N) 0,6891 €/Kg

Fòsfor (P) 1,3783 €/Kg

1.1 OBJECTIU

L’objectiu d’aquesta pràctica és el de calcular el cànon de l’aigua que s’ha d’aplicar a un

cas real, utilitzant valors de paràmetres teòrics i d’altres analitzats al laboratori.

1.2 CAS PRÀCTIC

Una fàbrica de pasta de paper situada a l’Alt Segre, la qual tracta les seves aigües

residuals de procés abans d’abocar-les a la llera pública amb un procés físic

(sedimentació), té una producció de 10 tones/dia de pasta de paper. El consum d’aigua de

procés és de 50 m3/tona de pasta produïda. Una part de l’aigua residual de procés

tractada és retornada al principi de l’esmentat procés (25% del total d’aigua), la resta és

abocada a la llera pública. A més a més, té un abocament d’aigües sanitàries que no

passen per cap tractament abans de ser abocades. Les anàlisis dels seus abocaments són

els següents:

- Abocament 1: Aigües residuals de procés (després de passar pel tractament físic).

Paràmetre Valor mig Valor màxim

MES (mg/L) 1500

DQO (mg O2/L) 255 571

SOL (µS/cm) 8571

MI (Equitox/m3) 12 48

N (mg/L) 9,3 16,3

P (mg/L) 2

Els valors que estan buits són els que cal determinar en el laboratori, és a dir, matèries en

suspensió (MES), sals solubles (SOL) i fòsfor total (P).


- Abocament 2: Aigües sanitàries (aigües residuals urbanes que no passen per cap

tractament abans de ser abocades)

Paràmetre Valor mig Valor màxim

MES (mg/L) 1000

DQO (mg O2/L) 250 750

SOL (µS/cm) 3767

MI (Equitox/m3) 10 27

N (mg/L) 50 166

P (mg/L) 4

Aquest abocament té un cabal diari de 45 m3/dia.

L’empresa treballa 250 dies/any i aboca les seves aigües residuals durant les 24 h/dia. A

més a més, l’aigua és subministrada per la companyia de la zona.

1.2.1 PROCEDIMENT EXPERIMENTAL

1) Al laboratori s’ha de determinar per a cada abocament:

- Abocament 1: - Abocament 2:

MES

(mg/L)

SOL

(µS/cm)

P

(mg/L)

MES

(mg/L)

SOL

µS/cm)

P

(mg/L)

---- ---

Valor mig Valor mig

La metodologia d’anàlisi de MES, SOL i P es farà segons:

Determinació de les matèries en suspensió (UNE-EN 872:2006). Un volum conegut d'aigua

es filtra en un filtre de fibra de vidre tarat. Després de rentar i assecar el filtre, es

determina el pes de les matèries retingudes pel filtre per diferència.

Determinació de les sals solubles. S'efectuarà a partir de la mesura de conductivitat

segons la norma UNE-EN 27888 expressant els resultats a 25 ºC en S/cm.

Determinació de fòsfor total. S’utilitzaran kits de determinació directa. El procés

estàndard segueix la norma UNE-EN ISO 6878:2005.


2) En funció dels paràmetres contaminants determineu el coeficient punta parcial

utilitzant la taula per l’aplicació del coeficient punta parcial.

- Abocament 1:

Paràmetres contaminants Unitats Valor mig

A

Valor màxim

B

RBA=B/A Coeficient

punta parcial*

Matèries en suspensió (MES) mg/L

Matèries oxidables

(MO=(2/3)*DQO

mg O2/L

Sals solubles (SOL) µS/cm

Matèries Inhibidores (MI) Equitox/m3

Nitrogen (N) mg/L

Fòsfor total (P) mg/L

Mitjana coeficients punta

- Abocament 2:

Paràmetres contaminants Unitats Valor mig

A

Valor màxim

B

RBA=B/A Coeficient

punta parcial*

Matèries en suspensió (MES) mg/L

Matèries oxidables

(MO=(2/3)*DQO

mg O2/L

Sals solubles (SOL) µS/cm

Matèries Inhibidores (MI) Equitox/m3

Nitrogen (N) mg/L

Fòsfor total (P) mg/L

Mitjana coeficients punta

*Taula per a l’aplicació del coeficient punta parcial

Valors RBA Cp (Coeficient punta parcial)

Entre 1 i 1.11 1

Entre1.12 i 1.25 1.1

Entre 1.26 i 1.50 1.2

Entre 1.51 i 1.75 1.5

Entre 1.76 i 2.00 1.7

Entre 2.01 i 3.00 2.0

Entre 3.01 i 4.00 2.5

Entre 4.01 i 5.00 3

Superior a 5.00 Igual a la relació entre Vmàx/Vmitjà

(fins a un màxim de 10)


3) Càlcul del coeficient corrector de volum:

Paràmetre Unitats Valor mitjà

considerat

Cabal d’aigua obtinguda de fonts pròpies (QF) m3/dia

Cabal d’aigua obtinguda per subministrament de tercers (QCia)* m3/dia

Cabal d’aigua abastada (Qe=QF+QCia) m3/dia

Cabal d’aigua abocada (Qs) m3/dia

Coeficient corrector de volum (Kr=Qs/Qe)

* Entenem per subministrament de tercers tota l’aigua que s’agafi de xarxa directament subministrada per

una companyia pública o privada d’abastament d’aigües.

4) Determinació del cànon de l’aigua:

S’ha de determinar el valor de la suma ponderada de cada paràmetre de contaminació i

del coeficient punta mig i a partir de la taula de tarifació, calcular el preu total d’ús i de

càrrega contaminant abocada.


Taula de ponderació dels paràmetres de contaminació i del coeficient punta dels diferents abocaments.

Abocame

nt

Cabal

(m3/any)

Relació

ponderac.

Ri=Qi/QT

MES

mg/L

MO

Mg O2/L

SOL

µS/cm

MI

Equitox/m3

N

mg/L

P

mg/L

Coef. punta mig

V.mig V.pon. (3)

V.mig V.pon. (3)

V.mig V.pon. (3)

V.mig V.pon. (3)

V.mig V.pon. (3)

V.mig V.pon. (3)

V.mig V.pon. (3)

1

2

QT

(1)

Suma

valors

ponderats2

(1)Cabal total abocat: QT=Q1+Q2+....+Qi+.....+Qn (2)Suma dels valors ponderats (V. pon.). En el cas dels paràmetres de contaminació s’arrodonirà el valor d’aquesta suma a la unitat més propera. En el cas del

coeficient punta s’arrodonirà el valor d’aquesta suma a la dècima més propera. (3)Valor ponderat (V. pon.) = Ri · V.mig


Taula de la tarifació individualitzada per mesurament directe de l'ús i de la càrrega

contaminant abocada.

Paràmetres

contaminants

Valor de la

suma

ponderada

Factor de

conversió

Preu unitari del

paràmetre

Preu parcial

del paràmetre

(€/m3)

MES (mg/L) x10-3 Kg/m3 0,4537 €/Kg

MO(mg O2/L) x10-3 Kg/m3 0,9076 €/Kg

SOL (µS/cm) x10-6 S/cm 7,2617 €/Sm³/cm

MI (Equitox/m3) x10-3 KEquitox/m3 10,7650 €/Kequitox

N (mg/L) x10-3 Kg/m3 0,6891 €/Kg

P (mg/L) x10-3 Kg/m3 1,3783 €/Kg

Preu total (€/m3)(1) (1)Suma de tots els preus parcials.

- Tipus de gravamen específic (€/m3) = Kr · Cp · Preu total

- Tipus de gravamen (€/m3) = Tipus de gravamen general + Tipus de gravamen específic

Cànon de l'Aigua (€) = Base imposable (m³) x Tipus de gravamen (€/m³)

1.3 RESULTATS I DISCUSSIÓ

A partir del cas pràctic:

1) Determineu el cànon de l’aigua que s’ha d’aplicar.

2) Indiqueu quines mesures aplicaríeu per reduir el preu del cànon de l’aigua que ha de

pagar l’empresa?


2. DEPURACIÓ CICLÒNICA D’UN FLUX GASÒS

Els separadors centrífugs o ciclons són equips que s’utilitzen per separar les partícules d’un

corrent de gas per acció de la força centrífuga. Entre els avantatges que tenen aquests

dispositius es poden esmentar que permeten una construcció simple, sense parts mòbils,

possibilitat de treballar a altes pressions i temperatures, poden tractar gasos amb elevades

concentracions de sòlids i grans cabals, eficàcia considerable i costos relativament baixos. El

principal inconvenient dels ciclons és que la seva eficàcia baixa considerablement per a

partícules de petita grandària i, per aquest motiu, en ocasions s’utilitzen com a

pretractament, combinats amb altres tipus de separadors.

2.1 OBJECTIU

L’objectiu d’aquesta pràctica consisteix en determinar experimentalment els factors

geomètrics de pèrdua de càrrega d’un cicló. Primer es determinarà el factor geomètric

corresponent al gas i a continuació el corresponent al contaminant sòlid. També es

determinarà l’eficàcia del cicló en funció de la concentració de sòlids.

2.2 FONAMENTS TEÒRICS

Els ciclons estan constituïts per un cos principal cilíndric on està situada la boca d’entrada i

sortida del gas i un cos inferior en forma cònica per on es recullen les partícules captades

(figura 2.1). El gas a tractar entra tangencialment per la part superior del cos del cicló i

descendeix seguint una trajectòria helicoïdal fins a la part inferior del con on la trajectòria

s’inverteix de manera que el flux de gas puja, també de forma helicoïdal, però per la part

interior del cos. El gas depurat abandona el cicló pel conducte de sortida que és coaxial al

cos de l’equip.

Les partícules arrossegades pel gas, en el seu recorregut helicoïdal, degut a la seva força

centrífuga i al tenir una densitat molt superior a la del gas són projectades contra la paret

interior contra la qual impacten. Descendeixen seguint el mateix flux helicoïdal del gas

essent recollides per la part inferior del cicló. Hi ha partícules que per la seva baixa densitat

o per la seva mida petita, no arriben a impactar i per tant, són arrossegades pel gas i per

tant no se separen.

Un factor molt important que determina els costos d’operació d’un cicló és la seva pèrdua

de càrrega. Aquesta depèn de la velocitat del gas a l’entrada de la boca del cicló (u), de la

densitat del gas (g) i d’un factor adimensional que depèn de la geometria del cicló i de la

concentració de sòlids en el corrent de gas, C. L’expressió que relaciona aquesta

dependència és:

ngcc uP

2

1 (2.1)


on n, val entre 1.5 i 2. Sovint resulta convenient prendre el segon valor per facilitar l’ajust.

Figura 2.1: Esquema i geometria d’un cicló

El coeficient de pèrdua de càrrega del cicló és conseqüència de la contribució de les pèrdues

del gas g i de les pèrdues degudes al sòlid s:

sgc (2.2)

g depèn exclusivament de la geometria del cicló. Si aquest no té cap modificació a l’entrada

i es pot considerar estàndard, aquestes pèrdues degudes al gas es poden determinar segons

l’expressió empírica de Casal i col. (1989).

33.33.11

2

2

e

gD

ab (2.3)

On a és l’alçada d’entrada al cicló (0.048 m en el nostre cas)

b és l’amplada de la boca d’entrada al cicló (0.088 m)

De és el diàmetre del conducte de sortida del cicló (0.1 m)

Aquest coeficient té diferents valors segons la geometria del cicló i el tipus d’entrada. Així

per una entrada constrictiva el seu valor pot disminuir fins a la meitat, disminuint en

conseqüència la pèrdua de càrrega en la mateixa proporció.

Taula 2.I. Coeficient de pèrdua de càrrega pel gas segons diferents entrades.

Tipus d’entrada g (exp.) g eq. (2.3)

Estàndard 5.02 5.35

Helicoïdal 2.77 -

Constrictiva 2.39 -

Paral·lela 1.46 -


s depèn de la concentració de sòlids i la seva relació es pot expressar segons l’equació

empírica de Briggs (1946):

1

11

1bs

Ca (2.4)

Essent a1 i b1 constants empíriques i C la concentració de sòlids en g/m3. Aquesta relació

indica que la pèrdua de càrrega del cicló disminueix en augmentar la concentració de sòlids.

Aquesta disminució pot tenir el seu origen en l’augment de la fricció en la paret del cicló

degut a la presència dels sòlids que descendeixen per la paret, que redueix la velocitat

tangencial en el cos del cicló. També hi pot contribuir la inèrcia de les partícules que en el

seu recorregut en l’interior del cicló fan un efecte d’igualar els moments en les capes

adjacents del gas.

El paràmetre que defineix la capacitat de captació d’un cicló és l’eficàcia. L’eficàcia d’un

cicló es defineix com el percentatge del flux màssic de partícules captades Mf respecte al

flux a l’entrada Mi:

(2.5)

Si no es disposa de dades experimentals es pot estimar a partir del diversos paràmetres que

hi influeixen però que aquí no s’utilitzaran. L’eficàcia depèn de la geometria del cicló (a, b,

D), de la densitat i grandària de les partícules, temperatura i viscositat del gas portador i de

la velocitat a la boca d’entrada del cicló.

2.3 PROCEDIMENT EXPERIMENTAL

La instal·lació experimental consta d’un cicló de metacrilat, un ventilador que impulsa l’aire

a través d’aquest, una tremuja d’alimentació del sòlids i una sortida de descàrrega (Figura

2.2). La pèrdua de càrrega del cicló es mesura amb un manòmetre inclinat i el cabal d’aire a

partir de la mesura de la pèrdua de càrrega en un element primari constituït per una

entrada cònica.

Segons la norma BS-848 el cabal de gas que circula per un conducte es pot determinar a

partir de la pèrdua de càrrega que experimenta aquest gas al entrar al conducte a través

d’una geometria cònica. Aquest element de mesura es pot utilitzar sense calibració prèvia si

la pèrdua de càrrega compleix P<4000 Pa. Aquest sistema no es pot utilitzar en el cas de

que Red< 20000.

El cabal màssic es calcula a partir de la següent expressió:

√ (2.6)

On, qm=cabal màssic (kg s-1)

dc = diàmetre d’entrada de l’element de mesura (0.065 m)


Red= Nombre de Reynolds del conducte

g = densitat de l’aire (kg m-3)

P = pèrdua de càrrega (Pa)

que s’obté a partir de l’expressió

si 20000<Red < 300000

si Red >300000

Figura 2.2. Esquema de la instal·lació experimental

2.3.1 Assaig en buit

Per a quatre valors diferents de cabal d’aire (posicions diferents del regulador de velocitat

del ventilador), anoteu la pèrdua de càrrega en el cicló (Pc) i la de l’element de mesura de

cabal (Pu) i completeu la taula 2.II

Taula 2.II

Element primari Cicló

Regulador Pu Pc

1

2

3

4

5

2.3.2 Assaig amb partícules

1) Seleccioneu un cabal d’aire d’operació i una posició en el controlador de velocitat del

motor del ventilador.


2) Peseu una quantitat inicial de sòlid Mi, i introduïu-la a la tremuja d’alimentació amb la

vàlvula tancada.

3) Engegueu el ventilador.

4) Obriu la vàlvula d’alimentació de sòlids i simultàniament l’alimentador de sòlids. En el

mateix instant engegueu el cronòmetre per a mesurar el temps de descàrrega.

5) Anoteu la pèrdua de càrrega observada en el cicló (Pc) mentre dura l’alimentació de

partícules i la corresponent a l’entrada cònica o element primari (Pu).

6) En el moment en que no quedi sòlid en el dipòsit d’alimentació atureu el cronòmetre i

anoteu el temps, t (s).

7) Deixeu el ventilador engegat durant uns minuts mantenint completament oberta la

vàlvula per eliminar possibles deposicions de sòlid en la conducció.

8) Atureu el ventilador i tot seguit peseu el sòlid recollit (Mf).

9) Pel mateix cabal d’aire repetiu l’assaig des del punt 2) fins al 8) per tres posicions de la

vàlvula, o concentracions de sòlid.

10) Repetiu tots els passos anteriors per quatre cabals diferents d’aire (quatre posicions

diferents del regulador).

11) Per a cada velocitat d’entrada al cicló es construeix una taula amb les dades

experimentals obtingudes com s’indica a la taula 2.III.

Taula 2.III. Posició del regulador (de 2 a 5)........

Cabal de sòlids Pu Mi Mf t Pc

1

2

3

2.3.3 Resultats

A partir de les dades experimentals obtingudes en l’apartat anterior s’han de calcular la

resta de paràmetres per a determinar allò que se’ns demana.

Amb les dades obtingudes amb el cicló sense alimentació de partícules s’ha de confeccionar

la següent taula :

Element primari Cicló

Regulador Pu ue Q uc Pc

1

2

3

4

5

Dins de la qual haurem de calcular les variables següents:


ue=velocitat d’aire a través del con d’entrada (m/s)

Q = cabal d’aire (m3/s)

uc = velocitat d’aire a través de l’entrada del cicló (m/s)

Representeu gràficament "log Pc" en front "log uc". Determineu per regressió lineal el

pendent (n) i l’ordenada a l’origen log k que ja que l’equació 2.1 es pot expressar de la

següent forma:

cunkP logloglog (2.7)

A partir del valor de k obtingut en la representació anterior determineu el valor de g.

Amb les dades obtingudes amb el cicló quan hi hem introduït residu sòlid s’ha de

confeccionar la següent taula :

Velocitat entrada cicló Eficàcia Conc.

Sòlids(*)

Cabal de sòlids Pu Ue Q uc Mi Mf t C Pc

1

2

3

(*) La concentració de sòlids es determina a partir de l’equació:

CM

Q t

i

(2.8)

Per a tots els punts experimentals obtinguts (totes les velocitats) representeu gràficament

log (Pc) en front de log (C) i el rendiment en front a log (C). Disposeu l'expressió 2.4 de

manera que representant gràficament les dades experimentals obtingudes es puguin

determinar els valor a1 i b1. Justifiqueu el comportament observat en les tres

representacions.

2.3.4 Qüestions

1) Quina serà la influència de la temperatura, per un mateix cabal màssic de gas, sobre la

pèrdua de càrrega en el cicló? Raoneu la resposta.

2) Calculeu el factor geomètric a partir de l’expressió (3) i compareu-lo amb el obtingut

experimentalment. Discutiu les possibles diferències. (Comproveu el tipus d’entrada del

cicló de la pràctica)

c) Analitzeu i justifiqueu el comportament de Pc enfront de la concentració, compareu-lo

amb el hauria de donar teòricament.


3. SIMULACIÓ DE DEPURACIÓ BIOLÒGICA D’AIGÜES RESIDUALS

El programa BIOWIN és un software de simulació dinàmica de processos de tractament

d’aigües residuals que uneix diferents models de processos biològics, físics i químics.

Mitjançant l’ús d’una avançada interfase gràfica, aquest software facilita la simulació i

modelització dinàmica d’una Estació Depuradora d’Aigües Residuals (EDAR) i té la capacitat

de permetre actuar sobre cada una de les diferents unitats per separat, però també

interconnectar-les per treballar amb un conjunt d’aquestes.

Es pot utilitzar tan pel disseny com pel control operacional de plantes depuradores, o bé,

ambdós combinats. Permet estudiar fàcilment dissenys alternatius per optimitzar la planta,

per aconseguir nitrificar, per reduir costos, etc.

Generalment, per la modelització de grans plantes depuradores calen un nombre elevat de

paràmetres de cadascuna de les unitats i de la planta en general. Alguns d’ells es poden

obtenir fàcilment, però d’altres no, i sovint, s’han de trobar a la literatura. El simulador

BioWin disposa de valors típics estàndard per defecte per a cada paràmetre.

Aquests paràmetres necessaris per la modelització de l’EDAR es poden classificar en quatre

grans grups: dades físiques de la planta, dades operacionals, característiques de l’aigua

residual i finalment, paràmetres cinètics, estequiomètrics i de sedimentació dels models.

D’aquests paràmetres n’hi ha alguns que varien durant el dia en canvi, altres es mantenen

constants. Així, per exemple el sistema de degradació biològica de compostos orgànics

conté un elevat nombre de paràmetres cinètics i estequiomètrics. Ara bé, els paràmetres

que més influència tenen són la velocitat màxima de creixement i el coeficient de rendiment

dels microorganismes heteròtrofs. El programa ja incorpora uns valors típics per defecte que

es poden utilitzar amb prou confiança.

3.1 PROCEDIMENT

En aquesta pràctica, simularem la depuració biològica d’aigües residuals que forma part

d’una estació depuradora d’aigües residuals (EDAR) mitjançant el procés MLE (Modified

Ludzack Ettinger configuration) que es basa en un tractament per fangs actius modificat

(figura 3.1)

El procés MLE consisteix en la modificació d'un procés de fangs activats convencional on es

crea o s'afegeix abans de la zona aeròbica una zona anòxica. El procés utilitza un reciclatge

intern que porta nitrats generats en el procés de nitrificació a la zona aeròbica juntament

amb el licor de mescla per ser barrejat a l’entrada de la zona anòxica. La quantitat de nitrats

potencialment eliminat a la zona anòxica dependrà del flux de reciclatge i del DBO de

l’entrada. En aquest sistema que simula molt bé la biodegradació de compostos nitrogenats,


el paràmetre més important de calibració és la velocitat de creixement dels

microorganismes autotròfics, responsables dels processos de nitrificació.

Figura 3.1. Esquema de la planta depuradora.

Per fer les simulacions caldrà considerar que la composició mitjana de les aigües residuals

municipals correspon als valors típics que es presenten a la taula 3.I (Metcalf & Eddy, 1985).

3.2 CAS PRÀCTIC

La planta depuradora d’aigües residuals de Girona té les següents característiques:

Cabal mitjà d’aigua: 45000 m3/dia

Volum de les basses d’aireig: 8000 m3

Diàmetre del decantador: 57 m

Cabal de recirculació respecte l’entrada: 100%

Les característiques de l’aigua s’especifiquen, tal com s’ha dit anteriorment, a la taula 3.I.

Taula 3.I: Composició mitjana de les aigües residuals.

Paràmetre Entrada contínua

DQO, mg/L 500

DBO5, mg/L 250

SST, mg/L 200

TKN, mg N/L 40

NH4+, mg N/L 25

NO2-/NO3

-, mg/L 0

Considerant que aquesta planta treballa amb una configuració MLE, responeu a les següents

qüestions:


1. La planta eliminarà la matèria orgànica present en l’aigua residual fins a complir els límits

establerts per les Directives 91/271/CEE i 98/15/CE (Taula 3.II) si el setpoint de l’oxigen es

fixa en 1,5 g/m3? Estudiar la influència de l’oxigen dissolt sobre l’eliminació de matèria

orgànica.

Taula 3.II: Concentracions límit de diversos paràmetres segons Directives

91/271/CEE i 98/15/CE.

Paràmetre Límit d’abocament

DQO, mg/L 125

DBO5, mg/L 25

SST, mg/L 35

TKN, mg N/L 15

NH4+, mg N/L 10

NO2-/NO3

-, mg/L 5

2. S’eliminarà el nitrogen total i amoniacal si la depuradora opera amb un temps de

residència cel·lular de 3 dies? Eliminarà els nitrits i nitrats? Per què? Estudiar la influència

del temps de residència cel·lular sobre l’eliminació dels compostos nitrogenats i de la

matèria orgànica.

3. Busqueu el funcionament òptim de la depuradora. Presenteu els perfils diaris de DQO,

DBO, NKT, NH4+, NO2

-/NO3- a l’entrada i a la sortida de la planta depuradora en les

condicions òptimes de funcionament. Raoneu els rendiments.

Quins són els paràmetres que més influeixen en el rendiment de la planta?

Nota: Suposeu un estat estacionari en la simulació d’un dia d’operació.


4. SIMULACIÓ DE LA DISPERSIÓ DE GASOS

El programa ALOHA (Areal Locations of Hazardous Atmospheres) és una eina que es pot

utilitzar per simular i estimar el moviment i la dispersió de gasos. El progama ALOHA es pot

descarregar de la pàgina web de l’agència americana EPA (Environmental Protection Agency)

sense cap cost. Aquest programa de simulació està específicament dissenyat per la seva

aplicació en escenaris accidentals, tenint la capacitat de simular emissions des de canonades

i recipients usats en la industria o vessaments i la simultània dispersió tant en núvols

neutres com en pesats.

Com la majoria de programes, permet resoldre problemes molt ràpidament proporcionant

els resultats d’una forma gràfica i fàcilment interpretable. Cal tenir present, però, que

ALOHA és només una eina, la utilitat de la qual depèn de com s’interpretin els resultats que

genera.

4.1 FONAMENTS TEÒRICS

La dispersió és un terme que s’utilitza per a descriure el moviment i la difusió de gasos.

Els models de dispersió són models matemàtics que impliquen la resolució de balanços de

massa, moviment i energia, generant sistemes d’equacions basats en derivades parcials. La

complexitat d’aquests sistemes està associada a la duració i al tipus d’emissió, al tipus de

substància, a les condicions atmosfèriques, etc. Aquests models permeten la predicció de

les concentracions de la substància emesa en un punt de coordenades qualsevol a una certa

distància de la font d’emissió.

Els models de dispersió són eines de gran qualitat aplicables en:

- Avaluacions d’impacte de focus de contaminació puntuals, lineals o superficials

existents o previstos.

- Optimització d’alçades de xemeneies per instal·lacions industrials

- Planificació urbana i industrial

- Disseny de xarxes de qualitat de l’aire

- Prediccions de contaminació potencial

- Programes de prevenció

Existeixen diferents tipus de models de dispersió de contaminants a l’atmosfera: model de

caixa o de cel.la fixa; model gaussià; model lagrangià; model eulerià; model de gas dens i

híbrids d’aquests.

El model gaussià s’utilitza per descriure la dispersió dels gasos neutres (aquells que tenen

aproximadament la mateixa densitat que l’aire). L’equació del model descriu una campana

de Gauss: a la font la concentració és molt elevada, de manera que la corba és pràcticament


com una columna, molt alta i estreta. A mesura que ens allunyem de la font, la campana es

va fent més baixa i ampla (figura 4.1).

Figura 4.1. Dispersió segons el model gaussià

Els núvols de gas emesos per una font normalment es mouen en la direcció del vent

escampant-se en direcció perpendicular a aquest i també en direcció vertical. Un núvol de

gas pesant es dispersarà una mica també en la direcció contrària al vent. ALOHA conté dos

models de dispersió diferent: Gaussià i de gasos pesants.

En quant a la dispersió dels gasos pesants, el model utilitzat per ALOHA és l’anomenat

DEGADIS, proposat per Spicer i Havens (1989). Quan un gas més pesant que l’aire és

alliberat a l’atmosfera tendirà a moure’s arran de terra. A mesura que es vagi movent en la

direcció del vent, la gravetat farà que es vagi escampant. A mesura que es va diluint, la seva

densitat es va aproximant a la de l’aire i els seu comportament tendeix al d’un gas neutre.

Això té lloc quant la concentració de gas en l’aire passa a ser inferior a l’1%. Per a fuites

petites això pot tenir lloc a una desena de metres, però si el vessament és molt gran,

aleshores es produeix molt més lluny (figura 4.2).

Figura 4.2. Dispersió d’un núvol de gas dens a conseqüència de la gravetat

La classificació d’un gas com a dens o pesant no sempre és senzilla. La massa molecular de

l’aire és aproximadament 29 kg/mol i la seva densitat 1.1 kg/m3. Els gasos que tenen la

massa molecular superior a la de l’aire seran pesants si se n’allibera una quantitat prou

gran. Si la densitat del gas és lleugerament superior a la de l’aire, aleshores ALOHA

considera el gas com a pesant. Gasos que són lleugers en condicions normals però que


normalment s’emmagatzemen en condicions criogèniques, en el cas d’una fuita s’hauran de

considerar com a gasos pesants, ja que al trobar-se a una temperatura tan baixa la seva

densitat és molt gran (p. ex. amoníac anhidre). En aquest darrer cas ALOHA mostra un

missatge d’avís de que el producte pot experimentar una vaporització sobtada (flash) o

produir una fuita bifàsica, però realitza els càlculs segons el model gaussià. Això vol dir que

s’haurà de tenir la prudència de demanar-li que ho faci segons el model per a gasos pesants

i comparar-ne els resultats.

Si amb el programa ALOHA podem fer avaluació de l’impacte de focus de contaminació

puntuals o dissenyar programes de prevenció, serà important tenir en compte com establim

els nivells d’alerta o LOCs (LEVEL OF CONCERN). Aquests nivells d’alerta són els valors del

nivell llindar (THRESHOLD) d’un perill determinat:

-toxicitat

- inflamabilitat

- radiació tèrmica

- explosió o sobrepressió,...

Quan al programa ALOHA se li diu que predigui una zona d’amenaça, caldrà especificar a

quin nivell d’alerta es vol considerar. Generalment els nivells d’alerta es definiran en funció

del perill.

Quan es tracta de TOXICITAT, ALOHA per defecte treballa amb

AEGLs (60 minuts) = ACUTE EXPOSURE GUIDELINE LEVELS. Directrius de nivells d’exposició

aguda per tenir en compte davant emergències relacionades amb vessaments de productes

químics o esdeveniments catastròfics que provoquin l’exposició de la població a una

substància química perillosa en l’aire. (Exposicions agudes són exposicions no repetitives

que no excedeixen de les 8 hores)

AEGL-3 = concentració en l'aire (ppm o mg/m3) d'una substància

per sobre de la qual la població en general, incloent individus

susceptibles, pot veure amenaçada la seva salut o fins i tot morir.

AEGL-2 = concentració en l'aire (ppm o mg/m3) per sobre de la

qual es preveu que la població en general podria experimentar

efectes irreversibles o greus, efectes adversos sobre la salut de

llarga durada o veure alterada la seva capacitat de resposta

davant l’accident.

AEGL-1 = concentració en l'aire per sobre de la qual es prediu que

la població en general podria experimentar incomoditat notable,

irritació, o certs efectes no sensorials asimptomàtics. No obstant

això, els efectes no són incapacitants i són transitoris i reversibles

en acabar l'exposició


O bé treballa amb

ERPGs (60 minuts) = EMERGENCY RESPONSE PLANNIG GUIDELINES. Directrius per a la

planificació d’emergències. Calculen les concentracions a les quals la majoria de la

població comença a experimentar efectes de salut si s'exposa a una substància química

perillosa en l'aire durant 1 hora . (Membres sensibles de la població, com ancians, malalts,

o molt joves no són coberts per aquestes directrius. Aquests poden experimentar efectes

adversos en concentracions per sota dels valors ERPG).

Un producte químic pot tenir fins a tres valors ERPG, cada un dels quals correspon a un

nivell específic d'efectes sobre la salut .

Quan es tracta d’INFLAMABILITAT, ALOHA permet treballar amb llindars d’alerta (LOC) de

concentració de combustible en l'aire per sobre del quals pot existir un risc

d'inflamabilitat. Quan s’allibera una substància química que pot incendiar-se, ALOHA pot

predir l'àrea inflamable del núvol de vapor perquè es pugui avaluar el risc d'inflamabilitat.

L'àrea inflamable és part d'un núvol de vapor, on la concentració està dins d’un rang

d'inflamabilitat, entre els límits inferior i superior d'explosivitat (LEL i UEL). (Aquests

també són coneguts com els Límits d'inflamabilitat Inferior i Superior.) Aquests límits són

percentatges que representen la concentració del combustible en l'aire. Si el vapor entra

en contacte amb una font d'ignició (tal com una espurna), aquest es crema només si la

seva concentració de combustible-aire està entre el LEL i el UEL.

4.2 EXEMPLE D’UN CAS PRÀCTIC

El programa ALOHA es pot descarregar gratuïtament de la pàgina web de l’agència de

protecció mediambiental EPA, que a més, posa a disposició dels usuaris un tutorial ben

complet (http://www.epa.gov/osweroe1/content/cameo/aloha.htm).

En aquest apartat es fa una breu descripció dels passos a seguir amb el programa ALOHA

per a resoldre el cas pràctic que definim tot seguit:

En una petita zona industrial situada a les afores de Baton Rouge, Louisiana, hi ha un

dipòsit vertical de 4 peus de diàmetre (1.22 m) que conté 500 galons (1.893 m3) de benzè

líquid. El dia 20 de juliol de 2013 a les 10:30 pm hora local, un guarda de seguretat

descobreix que s’està vessant líquid del dipòsit a través d’un orifici de 6 polzades (0.1524

m) de diàmetre, que es troba a una alçada de 10 polzades (0.254 m) respecte el nivell del

sòl. S’adona que el líquid s’està escampant per damunt d’una zona pavimentada. El

guarda de seguretat recorda a més, que el dipòsit l’acabaven d’omplir aquell mateix

vespre. En aquest parc industrial hi ha molt pocs edificis i una gran zona de gesta situada

a la zona nord-est.

Les condicions meteorològiques (mesurades per una estació meteorològica situada a 10m

de terra) prop del lloc de l’accident són: cel parcialment cobert, temperatura de 80F

(26.7ºC) i un vent de 7 milles/h (3.1 m/s) que ve del sud-oest. Hi ha més del 50% del cel

http://www.epa.gov/osweroe1/content/cameo/aloha.htm


tapat per núvols i la humitat és superior al 75%. S’acosta una tempesta pel sud-oest i no

hi ha inversió tèrmica.

El comitè local per a la planificació d’emergències ha sol·licitat utilitzar el nivell de

concentració ERPG-2 per definir la distància màxima de perill/toxicitat per aquest

producte. Determineu aquesta distància màxima en la direcció del vent.

Procediment:

1. Fer un doble clic a ALOHA i després de llegir les advertències que fa el programa clicar

OK.

2. Escollir Location del menú SiteData. En aquest menú s’escull la posició geogràfica en la

qual es produeix l’accident que es vol simular. S’ha d’introduir la població (el programa

conté emmagatzemades les dades únicament per a poblacions americanes, però es

pot introduir qualsevol altra població del món sempre i quan se’n coneguin la longitud

i la latitud), de quin tipus són els edificis propers al punt de fuita i la data i hora en què

es produeix la fuita.

3. Sobre Building Type no en tenim informació. En aquest cas escollirem el que surt per

defecte (Single Storied Building with Unsheltered Surroundings), ja que no es descriu

en l’enunciat.

4. Escollir l’opció Chemical... del menú SetUp. Fixeu-vos que a la finestra del Text

Summary va apareixent tota la informació relativa al cas pràctic.

5. Escolliu Atmospheric del menú SetUp i seleccioneu l’opció User Input. Introduïu les

dades de velocitat del vent, direcció del vent i l’alçada de l’estació meteorològica.

Respecte la rugositat del terreny, com que hi ha pocs edificis en la zona industrial i la

zona de gespa està situada al nord-est (que és cap on s’escamparà el núvol tòxic)

escolliu l’opció Open Country. Si el vent hagués vingut del nord-est, aleshores el núvol

avançaria cap a la planta i per tant s’hauria d’escollir Urban or Forest. Un cop

seleccionat l’estat del cel (cobert en un 75%) apareix la següent finestra Atmosferic

Options 2.

6. En aquesta nova pantalla, introduïu la temperatura de l’aire. El programa ALOHA

automàticament dóna les condicions d’estabilitat en funció de les dades que s’han


entrat. En aquest cas, surt Stability Class D. No hi ha inversió tèrmica i la humitat està

al voltant del 75%, valor que heu d’entrar en el programa.

7. Del submenú Source dins de SetUp, anem a definir la font de contaminació que en

aquest cas és un Tank.

8. Fer un clic a Vertical Cylinder i entreu les dades de volum i diàmetre. Aneu en compte a

l’hora d’escollir el botó de les unitats. Una vegada introduïdes aquestes dues dades,

l’alçada es calcula automàticament.

9. La següent pantalla ens demana l’estat del producte. L’escenari descriu el producte

emmagatzemat com un líquid. Com que esperem que sigui líquid a temperatura

ambient (fixeu-vos en el Summary que la temperatura d’ebullició del benzè és 176.16F)

no hi ha raons per suposar que s’hagi emmagatzemat a una temperatura diferent de

l’ambient. Feu doncs un clic a Tank contains liquid i Chemical is stored at ambient

temperature.

10. Per determinar el volum o massa total, que ens demana la següent pantalla, hem de

considerar que en l’escenari, el guarda de seguretat creu que el dipòsit es va omplir la

nit abans, per tant l’estimació més conservadora és suposar que en el moment de

l’accident el dipòsit es trobava totalment ple. Es pot, doncs, entrar directament el

liquid volume, (1.82 tones), o bé dient-li que està al 100% de capacitat (% full by

volume) o col·locant la barra de desplaçament a dalt de tot. Un cop entrada una

d’aquestes dades, les altres es calculen automàticament. Fer clic a OK.

11. Ara ens demana com ha estat la fuita en el tanc. El primer que hem de seleccionar és

el tipus de fuita. En aquest exemple, el líquid ni explosiona ni s’inflama en el moment

de la fuita, per tant hem de seleccionar Leaking tank, chemical is not burning and

forms an evaporating puddle.

12. Feu clic a Circular Opening, entreu el diàmetre (6 inches) i trieu l’opció Hole.

13. Cal entrar l’alçada a la qual hi ha el forat per on es perd producte (10 inches) i el

programa calcularà automàticament a quin percentatge de l’alçada del tanc es troba.

14. El següent pas és descriure la bassa que es formarà de producte. S’escampa sobre

paviment i per tant, s’escull l’opció Concrete. L’escenari no ens permet saber la

temperatura del sòl, per tant, s’escull Use air temperature. Com que el producte es va

escampant sobre el paviment, segurament no hi haurà cap mur de contenció. Així, pel

diàmetre màxim del bassal s’ha d’escollir Unknown.

La informació sobre la font que s’ha introduït ha d’aparèixer ara a la pantalla Text

Summary. Aquesta finestra conté una gran quantitat d’informació relativa a la fuita.

Podem veure les unitats en sistema mètric canviant-ho en el menú Display a Display

options.

A partir d’aquest moment ja es poden començar a visualitzar els gràfics corresponents als

resultats.

15. Escolliu Source strength... del menú Display. Veureu la velocitat promig de vessament

i el temps total de vessament.


ALOHA ha suposat que la bassa de benzè no troba cap impediment físic (murs de

contenció, altres dipòsits,...) i per tant, la formació d’aquest toll és perfecte i amb una

velocitat d’evaporació continuada. Les imperfeccions o els impediments físics faran variar

aquests paràmetres.

16. Anem a comprovar la zona amenaçada pel vessament. Escollir Threat Zone del menú

Display. De les opcions que surten per escollir hem de determinar el perill que volem

mesurar. En aquest cas, es tracta de l’àrea del núvol tòxic que es generarà, per tant,

s’escull Toxic Area of Vapor Cloud.

17. Per defecte el programa ens dóna els nivells AEGL (Acute Exposure Guideline Levels)

però el pla d’emergències local ens demana ERPG-2, per tant, en seleccionem cada

nivell corresponent. Ens apareixerà la gràfica de la dispersió del núvol tòxic al voltant

del punt d’emissió i quan se superen els nivells ERPG.

Fixeu-vos que ALOHA ha escollit com a model el de Heavy Gas ja que la massa molecular

del benzè és superior a la de l’aire. També es tenen les dades de màxima concentració de

benzè a l’aire a 80F en el punt de vessament.

Un cop fet aquest exemple, utilitzeu el programa ALOHA per respondre a les situacions

d’anàlisi de dispersió de contaminants descrites en els següents exercicis.


4.3 EXERCICI 1

Durant la construcció d’una carretera rural situada a prop de Portland, Oregon, un operari

trenca accidentalment un gasoducte que transportava metà. L’accident es produeix el 19

de novembre de 2012 a les 14:30 h. La canonada fa 1000 peus (304.8 m) fins el punt on hi

ha la primer vàlvula de seguretat, però aquesta s’ha deixat oberta. El diàmetre interior de

la canonada fa 8 polzades (0.2032 m). El metà es troba a temperatura ambient i a una

pressió de 100 psi (6.9 bar).

El cel es troba completament tapat, la temperatura ambient és de 44 F (6.7ºC) i la humitat

relativa del 78%. El vent ve del SE a una velocitat de 15 nusos (7.7 m/s).

Utilitzeu el programa ALOHA per determinar la distància màxim en la direcció del vent a la

qual arriba la concentració inflamable.

4.4 EXERCICI 2

A la Zona Franca de Barcelona (elevació sobre el nivell del mar: 5m; latitud: 41º27’ N;

longitud: 2º 6’ E; desviació de l’hora local respecte GMT:-2h; temps estàndard) a les 11h

del matí del 26 de novembre de 2012, el descarrilament d’un tren va provocar la

perforació (orifici circular de 2cm de diàmetre a la part inferior del dipòsit) d’un vagó

cisterna que transportava clor. El diàmetre del dipòsit era de 2m, la seva longitud de 5,35

m i contenia 18875 Kg de clor líquid a 12ºC.

Les condicions meteorològiques en aquell moment eren: temperatura ambient de 17ºC,

cel totalment cobert; humitat relativa del 87%, vent procedent del SW (229º) a una

velocitat de 2m/s. Aquestes dades meteorològiques provenen d’una estació que està a

una alçada de 2m respecte el nivell del sòl.

L’entorn era un camp obert.

Amb aquestes dades determineu:

a) El gràfic i els valors de les distàncies màximes a les quals s’assoliren els valors AEGL-1,

AEGL-2 i AEGL-3. En funció dels valors obtinguts, com actuaries si fossis el cap de

seguretat?

b) El percentatge de població afectada (a partir de l’equació probit) dins i fora d’un edifici

d’oficines situat a 200m a sotavent i 170m en direcció transversal del lloc de la fuita.

Recomanaries que la gent es quedés a dins la oficina durant la primera hora? Perquè? I si

l’edifici estigués situat a 200m a sotavent i 50m en direcció transversal, canviaria la

situació?

Equació Probit pel Cl2:

Y= -8,29 + 0,92 · ln (C2·t)

on,

C és la concentració de substància tòxica (ppm)

t és la durada de la fuita de substància tòxica (min)


Nota: Càlcul de la dosi: tant per a l’exterior com per a l’interior, preneu una concentració

mitjana (mitjana aritmètica) pel temps de durada de la fuita.

Equivalència entre valors "probit" i percentatge de població afectada

4.5 EXERCICI 3

En una indústria química de la Zona Franca de Barcelona. El dia 25 de juny de 2013 a les

8h del matí es va produir el trencament d’un reactor que treballava a 8 bars de pressió i

140ºC de temperatura. 12000 Kg d’hexà van ser emesos instantàniament a l’atmosfera.

40 segons més tard, una espurna provocà la ignició del núvol.

Les condicions meteorològiques eren: vent del sud-est; velocitat del vent de 0.8m/s;

temperatura ambient de 22.3ºC; cel serè; humitat relativa del 63%.

L’entorn era industrial i congestionat.

Determineu:

a) La zona en la qual hi havia perill d’inflamabilitat. En funció dels resultats obtinguts,

quines actuacions realitzaries?

b) La sobrepressió a 250m de distància deguda a l’explosió provocada 40 segons més tard.

Com afectarà a la zona el valor obtingut de sobrepressió?


5. ESTIMACIÓ D’EMISSIONS EN DIPÒSITS D’EMMAGATZEMATGE DE DISSOLVENTS

El programa TANKS està dissenyat per estimar les emissions a l’atmosfera de productes

orgànics emmagatzemats en dipòsits. Atès que les emissions varien en funció de quines

siguin les condicions d’emmagatzematge, el programa permet introduir informació

específica sobre el tipus de dipòsit (dimensions, posició, material de construcció i

pintura), el contingut (compostos químics o mescles, temperatura) o la situació del dipòsit

(temperatura ambient i condicions ambientals), i generar a partir d’aquesta informació un

informe d’emissions a l’atmosfera de productes orgànics. Aquest informe inclou les

emissions anuals, mensuals, així com les característiques més importants i altres dades de

rellevància.

Els dipòsits d’emmagatzematge que contenen líquids orgànics es poden trobar en

diferents tipus d’indústries (químiques, petroquímiques,...) o en altres que consumeixen o

produeixen productes orgànics. En la indústria química, els líquids orgànics són

normalment productes purs (toluè, benzè,...) o mescles de varis productes amb pressions

de vapor similars (isopropanol i 1-butanol). Per emmagatzemar aquest tipus de productes

existeixen diferents dissenys de dipòsits: dipòsits verticals o horitzontals, de coberta fixa o

flotant, interna o externa, amb espai de vapor variable i amb més o menys pressió. Tots

ells es troben descrits en el programa TANKS ja que, tal i com s’ha esmentat

anteriorment, és de gran importància a l’hora d’estimar les possibles emissions a

l’atmosfera.

Bàsicament, les emissions de productes orgànics procedents dels dipòsits a l’atmosfera

succeeixen degut a les pèrdues evaporatives del líquid durant el seu emmagatzematge i la

seva manipulació. En el cas concret de dipòsits verticals de coberta fixa, les emissions son

principalment degudes a “pèrdues evaporatives de respiració” i “pèrdues evaporatives de

treball”. Les pèrdues d’emmagatzematge es produeixen per l’expulsió de vapor a

l’exterior per a la contracció/expansió de vapor com a resultat del canvis baromètrics i de

temperatura. Les pèrdues de treball es produeixen durant les operacions de buidat i

emplenat ja que els canvis de nivell provoquen l’expulsió dels vapors de l’interior del

dipòsit.

5.1 PROCEDIMENT

L’objectiu de la pràctica consisteix en simular un dipòsit vertical de coberta fixa en unes

condicions meteorològiques específiques.

Per començar la simulació caldrà seguir els següents passos:


a) Obrir el programa TANKS i crear un nou dipòsit, en el qual podrem introduir les

característiques físiques del dipòsit, contingut,...etc.

b) Caldrà introduir les dades meteorològiques de la zona on hi ha el dipòsit (Data-

metereological-edit database-add new)

c) Una vegada fet això i abans de fer la simulació, caldrà editar les característiques del

dipòsit creat anteriorment per tal de seleccionar la zona on es troba (Data-tanks-edit

record)

d) Finalment, es pot fer la simulació (Run report), amb la que obtindrem un informe que

indica les emissions de treball i de respiració.

5.2 CAS PRÀCTIC

Una empresa de pintures dels voltants de Girona detecta unes pèrdues totals de toluè en

un dels seus dipòsits de 60,6 kg per any. El dipòsit és vertical de sostre fix i pintat de

blanc; fa 4,88 m (16 ft) d’altura i 3,67 m (12 ft) de diàmetre. En un any passen per aquest

dipòsit 184 m3 (48608 gal) de dissolvent.

a) Determineu amb el programa TANKS i d’acord amb les dades meteorològiques

adjuntes, les quantitats de toluè que es perden per treball i per respiració. Comproveu si

el resultat és coincident o no amb les dades aportades per l’empresa.

b) Un enginyer ambiental indica que s’ha comès l’error d’avaluar les pèrdues per treball

amb les dades meteorològiques globals, quan ell creu que s’haurien d’estimar únicament

amb les mitjanes de les hores de treball. Per tal de comprovar si l’enginyer ambiental té

raó, calculeu les pèrdues per treball donant com a temperatura mitjana anual la

temperatura diària màxima mitjana. Recalculeu els totals i determineu si l’enginyer

ambiental tenia raó. És coherent la proposta de l’enginyer ambiental? Raoneu la resposta.

Dades meteorològiques de la zona (corresponents a l’any 2012):

T mitjana anual: 15.2ºC (59.36ºF)

P atmosfèrica mitjana anual: 102.03 kPa (14.8 psia)

T màxima mitjana anual: 22.2ºC (71.96ºF)

Velocitat del vent mitjana anual: 1.7 km/h (1.06 mph)

Irradiació solar mitjana anual: 15,96 MJ·dia-1·m-2 ( 1405 btu·dia-1·ft-2)

T mínima mitjana anual: 9.6ºC (49.28ºF)


Dades de l’any 2012

Mes Tª màxima

(C)

Tª mínima

(C)

Factor d’insolació

(MJ/m2·dia)

Velocitat vent

(km/h)

Gener 14.4 1.4 13.81 0.8

Febrer 13.0 -1.3 15.37 3.3

Març 19.8 4.4 16.97 2.0

Abril 18.7 8.0 17.53 2.0

Maig 25.2 11.9 17.17 1.4

Juny 30.1 16.7 16.81 1.8

Juliol 30.7 17.3 16.94 1.8

Agost 33.1 19.0 17.32 1.7

Setembre 27.1 14.8 17.04 1.8

Octubre 22.5 12.0 15.59 1.2

Novembre 17.0 7.5 13.91 1.6

Desembre 14.7 3.1 13.08 0.8

MITJANA

ANUAL

22.2 9.6 15.96 1.7

c) Calculeu la concentració de toluè en l’atmosfera, a nivell del sòl, en un punt situat a

200m a sotavent durant una operació d’omplerta del dipòsit. Considereu que l’operació

dura mitja hora. Preneu com a altura efectiva l’altura del dipòsit. Compareu la

concentració obtinguda amb el nivell màxim d’immissió permès per a mitja hora, segons

la normativa (com a VOC és de 280 mg·m-3).

Nota: Consulteu l’annex de la pràctica per contestar aquesta pregunta.


5.3 ANNEX

MODEL DE DISPERSIÓ GAUSSIÀ

Un model de dispersió gaussià com el de la

figura, permet predir la concentració d’un

contaminant en una posició allunyada

(immissió) del focus d’emissió. El model

Gaussià es simple d’aplicar i és acceptat

internacionalment. Permet calcular la

concentració tenint en compte la dispersió

horitzontal i vertical a partir d’una sèrie de

paràmetres. La fórmula que cal aplicar és la

següent:

2

2

2

22

2exp

2exp

2

1exp

2,,,

zzyzyw

HzHzy

u

qHzyxc

On b

y ax i d

z cx

Si z=0 l’expressió anterior queda:

22

2

1exp

2

1exp,0,,

zyzyw

Hy

u

qHyxc

C(x,y,z,H): Concentració de contaminant d’immissió (g/m3)

q: Cabal d’emissió (g/s)

y i z: desviacions estàndard de la dispersió.

uw: velocitat del vent (m/s)

y, coordinada segons la figura adjunta (m)

x, coordinada segons la figura adjunta (m)

H, alçada de la font d’emissió puntual (m).

Taula 5.I. Coeficients per al càlcul de les desviacions estàndard y i z

a b c d

Molt inestable (A) 0.527 0.865 0.28 0.90

Inestable (B) 0.371 0.866 0.23 0.85

Lleugerament inestable (C) 0.209 0.897 0.22 0.80

Neutre (D) 0.128 0.905 0.20 0.76

Lleugerament estable (E) 0.098 0.902 0.15 0.73

Estable (F) 0.065 0.902 0.12 0.67


6. BIBLIOGRAFIA

ALOHA. Example Scenarios (2013). Accesible a

http://response.restoration.noaa.gov/sites/default/files/ALOHA_Examples.pdf

BIOWIN Tutorials and examples. Accesible a

http://www.envsci.rutgers.edu/apps/biowin/Manual/tutexam.pdfTutorial BIOWIN

Castellar, M.R., Placid, M, Obón, J.M. Planta piloto de tratamiento biologico de

efluentes. Universidad Politécnica de Cartagena.

El laboratori de l’Agència. Mètodes per l’establiment del cànon de l’aigua (2010).

Disponible a: http://aca-

web.gencat.cat/aca/documents/ca/aigua_medi/eines/metodes_laboratori.pdf

Generalitat de Catalunya, “El cànon de l’aigua aplicable als usos de caràcter industrial”,

disponible a: http://aca-

web.gencat.cat/aca/appmanager/aca/aca?_nfpb=true&_pageLabel=P1215454461208

200958970

Jimenez Sanchez, J. “Microbiología de la depuración mediante fangos activados”

EGEVASA. Diputación De Valencia. 1998

TANKS Users Guide (1999). Accessible a:

http://www.epa.gov/ttnchie1/software/tanks/tank4man.pdf

Llop, M.F., Separació sòlid-gas: captació de partícules amb un cicló. Didàctica i

organització d’assignatures basades en l’experimentació. pp 247-252 Universitat

politècnica de Catalunya. Barcelona (2005).

http://aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/aigua_medi/eines/metodes_laboratori.pdf

http://aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/aigua_medi/eines/metodes_laboratori.pdf

http://aca-web.gencat.cat/aca/appmanager/aca/aca?_nfpb=true&_pageLabel=P1215454461208200958970



http://www.epa.gov/ttnchie1/software/tanks/tank4man.pdf

dossier pràctiques citma ei 13_14

Documents