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EVALUACIÓN DE LAS FUENTES DE EMISIONES CONTAMINANTES EN PLANTAS DE MEZCLAS DE ASFALTO EN

CALIENTE

Soto García Aaron Israel, de la Peña Arellano Luis Armando, Valle Cervantes Sergio, Rodríguez Rosales María Dolores Josefina, Villareal Alcalá René, Castro Quintana Juan Carlos

1 Resumen.

En la presente investigación se evaluaron las emisiones atmosféricas contaminantes de dos plantas productoras de mezclas asfálticas en caliente fabricadas por la empresa TRIASO S.A. de C.V., que está ubicada en la ciudad de Durango, Dgo., México. Para esta evaluación se seleccionaron dos plantas de asfalto a contraflujo que utilizaron como combustible Diésel y uno alterno, las cuales se denominaron para su identificación como P-270 y P-268, respectivamente. Los contaminantes atmosféricos evaluados en las dos plantas fueron, las Partículas Suspendidas Totales (PST) y los principales gases de combustión (CO, SO2, NO en partes por millón (ppm) y el porciento de O2). Estas mediciones se realizaron considerando las metodologías establecidas en la normatividad ambiental Mexicana correspondiente y su comparación con los límites máximos permisible (LMP) establecidas en ellas. La P-270 y P-268 presentaron las siguientes concentraciones. P270: PST (128.5 mg/m3) y gases de combustión (161, 6.00 y 33.0 ppm de CO, SO2 y NO respectivamente, con 11% de O2) y La P-268: PST (114.8 mg/m3) y gases de combustión (292, 15.0, 113 ppm de CO, SO2 y NO respectivamente, con 12% de O2). Por otra parte, se realizó un inventario de emisiones del dióxido de carbono equivalente (CO2e) y contaminantes criterio. Donde, de acuerdo a los factores de emisión, características y condiciones de operación que presentaron las plantas de asfalto en caliente, se pudiera asumir que, una planta de asfalto que fabrica 100,000 toneladas (t) de mezcla asfíctica anual, emite cerca de 3,000 t de CO2e y 20 t de contaminantes criterio.

Palabras claves: método isocinético, celdas electroquímicas, gases de efecto invernadero, asfalto en caliente.

2 Introducción.

La contaminación atmosférica, se define, como la existencia en la atmosfera de humos, gases y vapores tóxicos provenientes de las diferentes actividades humanas y sectores productivos [1]. Sin embargo, hoy en día, esta contaminación atmosférica representa una problemática para las entidades gubernamentales, ya

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que aqueja cada vez más a la salud de la población. Debido a esto, en los últimos años se han venido implementando políticas más estrictas en el control, y la regulación de los contaminantes [2]. La Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT); es la dependencia del gobierno federal encargada de impulsar la protección, restauración y conservación de los recursos naturales; así como la prevención y control de la contaminación atmosférica mediante la aplicación de la legislación ambiental vigente.

Actualmente en México las emisiones de contaminantes a la atmosfera de fuentes fijas están siendo monitoreadas como una forma de prevención y cuidado al aire ambiental. En México, se norman los contaminantes atmosféricos tales como: ozono (O3), partículas menores a 10 micrómetros de diámetro (PM10), plomo (Pb), dióxido de azufre (SO2), monóxido de carbono (CO), dióxido de nitrógeno (NO2) y PST. Todos estos contaminantes cuentan con normas de calidad del aire y son esta normas las que establecen las concentraciones máximas de los contaminantes en el aire ambiental, en concentraciones expresadas en partes por millón (ppm), partes por billón (ppb), o microgramos por metro cúbico (µg/m3) [3].

Por lo antes mencionado, este trabajo de investigación se enfoca en conocer el impacto ambiental con el que participan este tipo de plantas, por medio de la evaluación de PST, gases de combustión e inventario de emisiones; por metodologías establecidas en las Normas Oficiales Mexicanas (NOM) y/o métodos equivalentes. Con el propósito de aportar información de interés que permita a la empresa TRIASO, S. A de C. V., y usuarios desenvolverse con una mayor responsabilidad ambiental al comparar los resultados obtenidos, con la legislación ambiental Mexicana y el permiso general para plantas de asfalto en caliente, propuesto por la Agencia de Protección Ambiental (EPA, por sus siglas en ingles) para el territorio indio de los Estados Unidos de América (USA, por sus siglas en inglés) el cual entro en vigor en julio de 2011.

2.1 Mezcla de asfalto en caliente.

La industria del asfalto se enfoca a la fabricación de mezclas asfálticas que combinadas con agregado pétreo, se utilizan para pavimentar caminos y construir carreteras o autopistas, es un sector productivo que contribuye considerablemente a la emisión de grandes cantidad de contaminantes a la atmosfera, debido a los procesos de combustión involucrados. Según datos bibliográficos entre los contaminantes más representativos de estas emisiones se encuentra; el material particulado (PST, PM 10 y PM 2.5), el monóxido de carbono (CO), los óxidos de nitrógeno (NO y NO2), los óxidos de azufre (SO2 y SO3), el dióxido de carbono (CO2), el metano (CH4), vapor de agua, los compuestos orgánicos volátiles (COV) e hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) [4]. La principal fuente de emisión en las plantas de producción de asfalto es el tambor secador rotatorio del cual emana una gran cantidad de éstos contaminantes [5].

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Para poder fabricar la mezcla de asfalto en caliente, es necesario contar con los equipos y maquinarias indispensables para una planta de asfalto, tales como: secador, tanque de almacenamiento de asfalto, tanque de almacenamiento de combustible, calentadores auxiliares (calderas), manejo de almacenamiento de materiales, generador (fuente de electricidad), almacenamiento de mezcla asfáltica (silo), Payloader y camiones que transporten la mezcla asfáltica [6]. El nombre de mezcla de asfalto en caliente, se debe a que tanto el agregado pétreo y el asfalto se calientan en el secador antes de que se fabrique la mezcla. Una mezcla de asfalto ideal está formada por un 93 a 97% de agregados pétreo: arena, graba, finos (0.07 micrones), y un 3 a 7% de asfalto [7]. La mezcla de asfalto en caliente se puede fabricar utilizando una amplia variedad de combustibles, tanto sólidos (el carbón), como líquidos (diésel o biodiesel y aceites pesados, que se conocen como combustibles alternos) y también gaseosos, como el gas natural [8]. En México, los combustibles más solicitados para el desarrollo de esta actividad, son los combustibles alternos, por su alto poder calorífico y su bajo costo ante el mercado. Por otra parte, en los Estados Unidos de América (USA, por sus siglas en inglés), el uso de combustibles pesados está prohibido para el desarrollo de esta actividad. Sin embargo, los combustibles ligeros como el gas natural, diésel y biodiesel son los combustibles más usados, ya que alrededor del 70 al 90% de las mezclas asfálticas en caliente que se fabrica en este país se produce con gas natural debido a sus bajas emisiones reportadas [9]. El implementar el gas natural en vez del combustible diésel reduce las emisiones en 70, 16, 10 y 25% para CO, CO2, NOx y SO2 respectivamente [5].

La fabricación de mezcla asfáltica en caliente, es considerada hasta cierto punto, un proceso artesanal, debido a que existen una gran cantidad de variables que influyen en este proceso, tales como: condiciones climáticas de la región, calidad de los agregados pétreos y las condiciones de operación de las plantas de asfalto. A pesar de ello, estas son variables que cambian constantemente a la hora de fabricar la mezcla de asfalto en caliente, por lo tanto, las emisiones de predicción en una planta de asfalto, estarán regidas por: presiones del secador, consumo y tipo del combustible, temperatura del aire, la humedad de los agregados, la temperatura del asfalto y la velocidad de producción [10]. Por otra parte, el diseño del quemador, una buena carburación y un correcto mantenimiento, puede reducir significativamente las emisiones de estos contaminantes [11].

2.2 Plantas de asfalto en caliente.

Las plantas de mezcla de asfalto en caliente, se clasifican en dos tipos: plantas por lote y plantas por tambor. La diferencia que existe entre estas dos plantas, es el tipo de procesos por el cual se fabrica la mezcla. Las plantas por lote: realizan el secado de los agregados pétreos y el mezclado con el asfalto en dos procesos independientes. Las plantas de tambor realizan estos dos procesos en el secador [10].

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Las plantas de tambor, se clasifican en 2 tipos.

1) De flujo paralelo: en este tipo de planta los agregados pétreos entran al secador por la parte del quemador en sentido paralelo a los gases de combustión. El asfalto es añadido aproximadamente a la mitad del tambor, allí, tanto los agregados pétreos como el asfalto son mezclados formando la mezcla asfáltica.

2) De contra flujo: en este tipo de planta los agregados pétreos son añadidos al secador en contraflujo de los gases de combustión y la flama del quemado. El asfalto es añadido detrás de la flama, formando la mezcla asfáltica. [5].

2.3 Legislación ambiental aplicable.

En México, la legislación ambiental vigente de emisiones a la atmosfera que aplica a las plantas de asfalto en caliente, es únicamente la NOM-043-SEMARNAT-1993 que evaluá las PST. Por otro lado, por el momento no existe una NOM que regule los gases de combustión de una planta de asfalto en caliente; ya que este proceso involucra un calentamiento directo.

La EPA, ha establecido un permiso general para la instalación de plantas de asfalto en caliente, en el territorio Indio (Indian country) de acuerdo a las áreas afectadas o no afectadas, por las Normas Nacionales de Calidad del Aire Ambiental (NAAQS, por sus siglas en inglés). Este permiso general está basado en la revisión bibliográfica de los permisos establecidos para este tipo de plantas en diez estados de USA: Alaska, Arkansas, Arizona, Mississippi, Nuevo México, Pennsylvania, South Carolina, Washington, Wisconsin y West Virginia. La Tabla 1 muestra las concentraciones máximas de los contaminantes en una fuente fija, de una planta de asfalto en caliente, por el permiso general del territorio Indio.

Tabla 1. Permiso general del territorio Indio para las plantas de asfalto en caliente [12]

Combustible Contaminate Áreas afectas por NAAQS

(ppmvd @ 3% O2) Áreas no afectadas por NAAQS

ppmvd @ 3% O2

Líquidos

CO 600 (ppmvd @ 3% O2) 600 ppmvd @ 3% O2

NOX 40 140 ppmvd @ 3% O2

PM 0.01 gr/dscf 0.04 gr/dscf (90 mg/m3)

Gaseosos

CO 400 ppmvd @ 3% O2 400 ppmvd @ 3% O2

NOX 36 ppmvd @ 3% O2 80 ppmvd @ 3% O2

PM

0.01 gr/dscf

0.04 gr/dscf (90 mg/m3)

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En este permiso, la EPA, no evaluá el SO2 en sus gases de combustión, debido a que se controla el uso de los combustibles en esta industria. Para el secador y calentadores auxiliares: Gas natural, propano, combustible destilado y biodiesel. Para motores estacionarios y generador: diésel y biodiesel. Es importante señalar que, estos combustibles, deben presentar un 0.0015% de azufre por debajo de su peso [13].

3 Metodología.

En la figura 1 se muestra un diagrama de las actividades realizadas en esta investigación para evaluar las emisiones de las plantas de asfalto seleccionadas por la Industria TRIASO S.A. de C.V., en éste diagrama se puede observar el método de medición empleado, según la NOM correspondiente de cada parámetro medido, así como el desarrollo del inventario de emisiones con los factores de emisión reportados por la EPA y el Registro Nacional de Emisiones (RENE), para las dos plantas de asfalto en caliente. La selección de las plantas de asfalto para la realización de esta investigación se realizó en conjunto con la empresa TRIASO. Se busco que fueran plantas que se encontraran en operación en lugares diferentes y que una de ellas utilizara combustible alterno. Las plantas seleccionadas fueron identificadas como P-270 y P-268, que fueron operadas a contraflujo y usando Diesel y un combustible alterno, respectivamente. La medición de las emisiones se realizó en el lugar donde se encontraban operando las plantas de asfalto, la planta P-268 se ubicó en Maravatío, municipio de Michoacán; el asfalto producido pavimento la carretera libre Maravatío Morelia del kilómetro 80 al 119 y la P-270 se ubicó en Ixtapaluca, Estado de México; el asfalto producido, pavimento calles del valle de Chalco y calles de Iztapalapa.

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Figura 1. Diagrama de flujo de la metodología empleada del presente trabajo para evaluar los contaminantes en la fuente fija y el desarrollo del inventario de emisiones.

3.1 Evaluación de gases de combustión.

Para la medición de los gases de combustión fue necesario utilizar un equipo de análisis instrumental, que está compuesto por celdas electroquímicas PCA2 de Marca BACHARACH® y Modelo 24-7306, este equipo analítico trabajo bajo un método extractivo manual; en este método, una muestra del gas en la fuente fija es extraída y acondicionada eliminando la humedad y partículas. Las concentraciones de los contaminantes son determinadas en tiempo real por las celdas electroquímicas del equipo.

El monitoreo de los gases de combustión se llevó acabo de acuerdo a la metodología establecida en la NOM-085-SEMARNAT-2011: “En el caso de análisis instrumentales 6c, 7e y 10 de la USEPA, en que una muestra se extrae de la chimenea y se pasa por un analizador, se deberá muestrear y tomar lecturas durante al menos una hora con el fin de obtener valores promedio representativos, con el equipo de combustión en condiciones normales de operación. Para obtener los promedios se deben tomar lecturas a intervalos iguales durante el tiempo que dure la corrida, con un mínimo de 60 lecturas.”

Es importante señalar que, los LMP de la NOM-085-SEMARNAT-2011 no aplica para esta actividad productiva debido a que el proceso de fabricación de mezcla de asfalto en caliente involucra un calentamiento directo y solo se hace referencia a ella por la metodología señalada para evaluar los contaminantes en la fuente fija por equipos manuales de celdas electroquímicas.

Evaluación de contaminantes en

plantas de asfalto en caliente

PST

Por un método Isocinético

NMX-AA-010-SCFl-2001

Gases de combustión

02%, CO, NO, SO2

Por celdas electroquimicas

NOM-085-SEMARNAT-2011

Inventario de emisiones

Por factores de emisión propuestos por la EPA y RENE

EPA

contaminates criterio

EPA Y RENE

CyGEI

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3.1.1 Corrección de la concentración de un contaminante

Las concentraciones de los contaminantes, pueden ser referidas a un porciento de oxígeno. Para referenciar los contaminantes medidos a una concentración de contaminantes en función a un porciento de oxigeno referido, se utiliza la Ecuación 1.

𝐶𝑅 =20.9 − 𝑂𝑅

20.9 − 𝑂𝑀∗ 𝐶𝑀 ( 1 )

Dónde: 𝐶𝑅 es la concentración calculada al valor de referencia del oxígeno, 𝑂𝑅 es

el nivel de referencia para el oxígeno, 𝑂𝑀 es el valor medido para el oxígeno y CM es la concentración medida de los contaminantes.

3.2 Evaluación de partículas.

La medición del material particulado se llevó a cabo mediante un método isocinético, el cual consistió en recolectar las muestras en filtros de 5 micras a una temperatura de 120 ± 14°C, a través de un equipo de muestreo manual Marca COMEXSA® Modelo MD 500. Para desarrollar el método isocinético se utilizaron las técnicas establecidas en las Normas Mexicanas (NMX); la NMX-AA-009-1993-SCF que establece el método para determinar el flujo de gases en un conducto por medio del tubo de Pitot y determinar el punto y velocidad de muestreo en fuentes fijas; la NMX-AA-035-1976 que establece el método para determinar por absorción las proporciones de bióxido de carbono, monóxido de carbono y oxígeno contenidos en los gases de combustión, la NMX-AA-054-1978 que establece el método gravimétrico para determinar la humedad contenida en los gases que fluyen por un conducto y la NMX-AA-010-SCFI-2001 que establece el procedimiento para determinar por método isocinético la emisión y concentración de partículas totales contenidas en los gases que fluyen por un conducto.

La concentración de PST a base seca y condiciones normales, se da por la Ecuación 2:

𝐶𝑃 =𝑃𝑇𝑃

𝑉𝐶𝑁𝐵𝑆 (

𝑔

𝑚3) ( 2 )

Donde: 𝐶𝑃 es la concentración de partículas base seca y condiciones normales, 𝑃𝑃𝑇 es el peso total de partículas, 𝑉𝐶𝑁𝐵𝑆 es el cálculo del volumen total en base seca a condición normal.

Para ambas plantas de asfalto, el límite máximo permisible para PST se estable en la NOM-043-SEMARNAT-1993, que se establece en función del flujo de gases y el tipo de zona geográfica donde se operan las plantas de asfalto. La Ecuación 3

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establece los niveles máximo permisibles para zonas críticas y la Ecuación 4 para el resto del país.

𝐸 =3020

𝐶0.42 ( 3 )

𝐸 =4529.7

𝐶0.42 ( 4 )

Donde: 𝐸 es el nivel máximo permisible en miligramos por metro cúbico normal y 𝐶 es el flujo de gases en la fuente en metros cúbicos normales por minuto.

3.3 Inventario de emisiones.

El inventario de emisiones, se realiza debido a que la “Ley General de Cambio Climático establece en su artículo 87 que la Secretaría integrará el Registro de emisiones generadas por las fuentes fijas y móviles de emisiones que se identifiquen como sujetas a reporte, respecto de los gases o compuestos de efecto

invernadero”.

Los inventarios de emisiones, deben de realizarse una vez al año y por lo general con datos proporcionados por un Sistema de Monitoreo Continuo de Emisiones (SMCE). Ya que estos dispositivos tienen la capacidad de evaluar las concentraciones de los contaminantes en la fuente fija, en intervalos de tiempo corto, tomando muestras representativas a las horas de operación a las que trabaja una industria. Sin embargo, ya que resulta incosteable evaluar cada uno de los contaminantes a la atmosfera, en cada una de sus diferentes fuentes de emisión, el inventario de emisiones de contaminantes a la atmosfera, del presente trabajo, solo se conforma por factores de emisión propuestos por la EPA Y RENE; ya que no es recomendable estimar las emisiones de los contaminantes, utilizando muestreadores manuales para fines de inventario, debido a que cualquier cambio de operación, como la alimentación del combustible, aumento o disminución de temperatura, alteran significativamente las concentraciones de los contaminantes en la fuente fija [14].

Una planta de asfalto en caliente de la empresa TRIASO, tiene la capacidad de producir 150 toneladas por hora (t/h) de mezcla asfáltica en caliente. Sin embargo, la demanda de mezcla asfáltica, la ubicación de la planta y las condiciones climáticas de la región, son factores importantes que limitan esta producción. Por tal motivo, para la determinación del inventario de emisiones del presente trabajo se consideró una producción anual de 100 000 t/a, en relación a la información proporcionada por los operadores de este tipo de plantas.

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3.3.1 Estimación de contaminantes a la atmosfera por factores de emisión

Se utilizaron factores de emisión propuestos por la EPA, para estimar las emisiones de contaminantes criterio, en las diferentes fuentes de emisión, de una planta de asfalto en caliente, tales como: fuente fija (chimenea), salida de mezcla asfáltica, tanque de almacenamiento de asfalto, silo y patio. Del mismo modo, se utilizaron factores de emisión propuestos por RENE, para estimar los CyGEI por el consumo del combustible diésel anual, en los equipos y maquinarias indispensables para fabricar la mezcla de asfalto en caliente, tales como: caldera (perteneciente al tanque de almacenamiento de asfalto), generador, camiones que transportan la mezcla y el payloader.

3.3.2 Contaminantes criterio.

Para este inventario de emisiones los contaminantes criterio estimados son: PM10, VOC, CO, NOx y SO2. Todos estos contaminante se estiman de la multiplicación del factor de emisión propuestos por la EPA, por la producción anual de mezcla asfáltica en caliente (100 000 t/a).

Los factores de emisión utilizados para la fuente fija (chimenea) están claramente establecidos por la EPA de acuerdo al tipo de combustible utilizado para fabricar la mezcla. Sin embargo, para el tanque de almacenamiento de asfalto, la salida de mezcla, el silo y el patio, éstos se calculan usando las ecuaciones y especificaciones sugeridas por la EPA. Para ello, se dispone de una Tabla de especificaciones y factores de emisión que se hallan en; "Documentación de los factor de emisión para la sección 11.1 de ap-42” publicado por la EPA en febrero del 2004. La Tabla 2 muestra las 8 ecuaciones necesarias para calcular los factores de emisión, indispensables para estimar la concentración de los contaminantes analizados para cada una de las diferentes fuentes identificadas en las plantas de asfalto. La Ecuación 5 y 9, para estimar el material particulado total; Ecuación 6 y 10, para estimar el Material particulado orgánico; Ecuación 7 y 11, para estimar el carbón orgánico total (TOC, por su sigla en inglés) y la Ecuación 8 y 12, para estimar el monóxido de carbono.

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Tabla 2. Ecuaciones propuestas por la EPA para calcular factores de emisión en plantas de asfalto en caliente.|

Fuente

contaminante Contaminante Ecuaciones

Salida de

mezcla asfáltica

PM Totales 𝐸𝐹 = .000181 + 𝑂. 00141(−𝑉)𝑒((0.0251)(𝑇+460)−20.43) ( 5 )

PM Orgánicas 𝐸𝐹 = 𝑂. 00141(−𝑉)𝑒((0.0251)(𝑇+460)−20.43) ( 6 )

TOC 𝐸𝐹 = 0.0172(−𝑉)𝑒((0.0251)(𝑇+460)−20.43) ( 7 )

CO 𝐸𝐹 = 0.00558(−𝑉)𝑒((0.0251)(𝑇+460)−20.43) ( 8 )

Silo

PM Totales 𝐸𝐹 = .000332 + 𝑂. 00105(−𝑉)𝑒((0.0251)(𝑇+460)−20.43) ( 9 )

PM Orgánicas 𝐸𝐹 = 𝑂. 00105(−𝑉)𝑒((0.0251)(𝑇+460)−20.43) ( 10 )

TOC 𝐸𝐹 = 0.0504(−𝑉)𝑒((0.0251)(𝑇+460)−20.43) ( 11 )

CO 𝐸𝐹 = 0.0048(−𝑉)𝑒((0.0251)(𝑇+460)−20.43) ( 12 )

Donde: 𝐸𝐹 es el factor de emisión, 𝑒 es la relación de pérdida por calentamiento,

𝑉 es la volatilidad del asfalto y T es la temperatura de la mezcla asfáltica en °F.

3.3.3 Compuestos y gases de efecto invernadero.

El RENE, es una política sustentada por la Ley General de Cambio Climático (LGCC) y busca contribuir en la problemática nacional e internacional que aqueja el calentamiento global mediante la reducción de los CyGEI. Esta política entro en vigor en Octubre del 2014 y tiene como objetivo integrar a todos los establecimientos que emitan o igualen la cantidad de 25,000 t CO2e a la Cedula de Operación Anual (COA), con la finalidad de recopilar información sobre las emisiones de los establecimientos sujetos a reporte [15].

Para este inventario de emisiones, solo tres gases de efecto invernadero son evaluados como CyGEI: CO2, CH4 y óxido nitroso (N2O). Las toneladas del CO2e, son el resultado de la suma de las toneladas de estos tres gases multiplicados por su Poder de Calentamiento Global (PCG). Los CyGEI son el resultado de la multiplicación de un valor estimado del contaminante (factor de emisión propuesto por RENE) por el consumo anual del combustible diésel empleado en los equipos y maquinarias indispensables para una planta de asfalto que fabrica 100,000 t/a de mezcla asfáltica en caliente.

Para estimar los CyGEI, se utilizaron las siguientes ecuaciones: Ecuación 13, para estimar la emisión del CO2; Ecuación 14, para estimar la emisión del CH4 y la Ecuación 15 para estimar la emisión del N2O.

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𝐸𝐶𝑂2= ∑ 𝑉𝐶𝑖

𝑛

𝑖=1

∗ 𝑃𝐶𝑖 ∗ 𝐹𝐸−𝐶𝑂2𝑖 ( 13 )

𝐸𝐶𝐻4= ∑ 𝑉𝐶𝑖

𝑛

𝑖=1

∗ 𝑃𝐶𝑖 ∗ 𝐹𝐸−𝐶𝐻4 ( 5 )

𝐸𝑁2𝑂 = ∑ 𝑉𝐶𝑖

𝑛

𝑖=1

∗ 𝑃𝐶𝑖 ∗ 𝐹𝐸−𝑁2𝑂𝑖 ( 6 )

Donde: 𝐸𝐶𝑂2 es la emisión de bióxido de carbono en t, 𝐸𝐶𝐻4 es la emisión del CH4

en kg, 𝐸𝑁2𝑂 es la emisión del N2O en kg, 𝑉𝐶𝑖 es el consumo del i-ésimo combustible

al año en t o m3, 𝑃𝐶𝑖 es el poder calorífico del i-ésimo combustible en MJ/L o MJ/m3, 𝐹𝐸 es el factor de emisión de cada gas en t/MJ o Kg/MJ, 𝑖 es el i-ésimo combustible

empleado en el año del reporte, 𝑛 en el número de combustible que se emplearon en el año de reporte.

La estimación del CO2e, se da por las siguientes ecuaciones: Ecuación 16, para estimar del CO2e del CO2; Ecuación 17, para estimar de CO2e del CH4 y la Ecuación 18, para estimar de CO2e del N2O.

𝐸𝐶𝑂2𝑒 (𝐶𝑂2) = 𝐸𝐶𝑂2 ( 76 )

𝐸𝐶𝑂2𝑒 (𝐶𝐻4) = 𝐸𝐶𝐻4∗ 𝑃𝐶𝐺𝐶𝐻4

( 87 )

𝐸𝐶𝑂2𝑒 (𝑁2𝑂) = 𝐸𝑁2𝑂* 𝑃𝐶𝐺𝑁2𝑂 ( 98 )

Donde: 𝐸𝐶𝑂2 es la emisión de CO2 en t, 𝐸𝐶𝐻4

es la emisión del CH4 en t, 𝐸𝑁2𝑂 es

la emisión del N2O en t, 𝑃𝐶𝐺𝐶𝐻4 es el PCG del CH4, 𝑃𝐶𝐺𝑁2𝑂 es el PCG del N2O,

𝐸𝐶𝑂2𝑒 (𝐶𝑂2) es las emisión del CO2e en t proveniente del CO2, 𝐸𝐶𝑂2𝑒 (𝐶𝐻4) es la emisión

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del CO2e en t proveniente del CH4, 𝐸𝐶𝑂2𝑒 (𝑁2𝑂) es la emisión del CO2e en t

proveniente del N2O.

Los Factores de emisión, fueron proporcionados por el “Acuerdo que establece las particularidades técnicas y las fórmulas para la aplicación de metodologías para el cálculo de emisiones de gases o compuestos de efecto invernadero”; publicado el 03/09/2015 en el Diario Oficial de la Federación (DOF). Para obtener los valores del poder calorífico de cada combustible, se consultó la Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía (CONUEE); publicado el 30/11/2015 en el DOF. Y finalmente para establecer el PCG de cada gas, se consultó el “Acuerdo que

establece los gases o compuestos de efecto invernadero que se agrupan para efectos de reporte de emisiones, así como sus potenciales de calentamiento”; publicado el 14/08/2015 en el DOF.

4 Resultados y discusiones

En este apartado se muestran los resultados obtenidos del monitoreo de las emisiones atmosféricas, realizado durante el periodo de muestreo en las plantas de asfalto P-270 y P268 de la empresa TRIASO.

4.1 Gases de combustión

En la Figura 2 se muestran dos gráficos, en las cuales se puede apreciar el comportamiento de los gases de combustión evaluados en las 2 plantas seleccionadas productoras de asfalto en caliente de la empresa TRIASO. La prueba realizada a la P-268 presenta 60 lecturas (gráfica izquierda), los valores de las concentraciones del CO muestran una tendencia decreciente a partir de la décima tercera muestra tomada, esto pudiera atribuirse a que el proceso con el que se fabrica la mezcla ya no se encuentra estable, debido a que la prueba se realizó hasta finalizar la producción [16]; Para fines de esta evaluación solo se consideraron representativas las primeras 30 lecturas tomadas. Por otra parte, la prueba realizada a la planta P-270, presenta 47 lecturas (gráfica derecha). Sin embargo, en esta prueba se puede apreciar, un comportamiento más estable de los gases de combustión, debido a que la prueba se suspendió 35 minutos antes de finalizar la producción; por lo que sus 47 lecturas fueron representativas. La Tabla 3 muestra las concentraciones promedio de los gases de combustión de las dos plantas seleccionadas.

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Figura 2. Comparación de las lecturas medidas en las fuentes fijas de la P-268 y P-270.

Tabla 3. Concentraciones promedio de los gases de combustión de la P-268 y P-270.

Plantas de asfalto

O2 (%)

CO (ppm)

SO2

(ppm) NO

(ppm)

P-270 11 161 6.00 33.0

P-268 12 292 15.0 113

Al comparar el comportamiento de las concentraciones de los gases de combustión que emiten ambas plantas, se puede observar que la planta de asfalto que utiliza combustible alterno (P-268), contribuye con una mayor cantidad de emisiones a la atmosfera.

Cuando se fabrica la mezcla de asfalto en caliente, es importante establecer una buena carburación (relación combustible-oxigeno) en una planta de asfalto en caliente [13]. Ya que a la hora de visitar la P-270 que utiliza diésel como combustible, el primer muestreo puntual en la fuente fija revelo una mala carburación (O2, 7%) ya que la celda electroquímica del CO se saturo a su máxima capacidad (4000 ppm). Para asegurar una buena carburación (O2, 11%) de la P-270, se realizaron 6 pruebas de Carburación (muestreos puntuales). La Figura 3 muestra los resultados obtenidos de 6 muestreos puntuales realizados en la fuente fija de la planta P-270. Donde una mala carburación refleja un aumento significativo en las concentraciones de los gases de combustión, en particular el CO.

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Figura 3. Muestreos puntuales en la fuente fija de la P-270 para ajustar una buena carburación.

4.2 Partículas suspendidas totales.

En la Tabla 4 se muestran las concentraciones de PST obtenidas del monitoreo

isocinético realizado a las dos plantas de asfalto analizadas y se compara con el

valor del LMP establecido en la norma correspondiente (NOM-043-SEMARNAT-

1993).

Tabla 4. Comparación de las concentraciones de PST de la P-268 y P-270 con sus LMP establecidos por la NOM-043-SEMARNAT-1993.

Planta PST

(mg/m3) NOM-043-SEMARNAT-1993

(mg/m3)

P-268 114.8 615

P-270 128.5 431

4.3 Partículas suspendidas totales y gases de combustión.

La Tabla 5 muestra la comparación de las concentraciones de PST y gases de combustión de las plantas P-270 y P-268 con los LMP establecidos por la NOM-043-SEMARNAT-1993 y el permiso general del territorio Indio. Para los gases de combustión, las unidades se expresan en partes por millón volumen seco y están referidos al 3% de oxigeno (se expresan como; ppmvd @3% O2). Es importante señalar que, los valores que presentan las plantas P-270 y P-268 en los NOx; son únicamente las concentraciones del NO en ppmvd @3% O2. Y no, las concentraciones NOx (NO + NO2).

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Tabla 5. Comparación de las concentraciones de PST y gases de combustión con los LMP establecidos por la NOM-043-SEMARNAT-1993 y el permiso general del país Indio.

Contaminantes Planta Concentración

(ppmvd @3% O2) NOM

Territorio Indio (ppmvd @ 3% O2)

CO P-268 587 N/A

600 P-270 324 N/A

NOX P-268 227 N/A

140 P-270 66 N/A

Contaminante Planta Concentración

(mg/m3) NOM-043 (mg/m3)

Permiso Indio (mg/m3)

PST P-268 114.8 615

90 P-270 128.5 431

4.4 Inventario de emisiones del CO2e.

En la Tabla 6 se presentan los valores obtenidos del CO2e en toneladas por año. Estos valores se obtuvieron considerando un consumo anual de combustible diésel de 36,500 litros (L) para la caldera, 42,030 L para el generador, 252,120 L para los camiones de transporte y 20,000 L para el Payloader. Se tomo una base de producción anual de la mezcla asfáltica en caliente de 100,000 toneladas.

Tabla 6. Inventario de emisiones del CO2e derivado de los CyGEI de las diferentes fuentes de emisión, equipos y maquinaria de una planta de asfalto en caliente que fabrica 100 000 t/a.

Fuentes de emisión Emisión de CO2e

(t/a)

De las fuentes contaminantes en una planta de asfalto

1 899

De los equipos y maquinarias de una planta de asfalto

982

Total

2881

4.5 Inventario de emisiones de contaminantes criterio.

En la Tabla 7 se muestran los valores obtenidos en kilogramos año de los contaminantes criterio en las diferentes fuentes de emisión de una planta de asfalto en caliente. Los valores aquí mostrados se obtuvieron por las ecuaciones y factores de emisión propuestos por la EPA tomando una producción anual de la mezcla asfáltica en caliente de 100,000 toneladas. Fueron tomadas en cuenta, las siguientes condiciones de operación: asfalto PG-64-22, temperatura a la que se fabrica la mezcla 325°F (162°C), combustible pesado (combustible alterno), valor

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de volatilidad del asfalto de 0.5% y un generador que opera a 200 caballos de fuerza por hora, con combustible diésel, durante 1050 horas al año.

Tabla 7. Estimación de contaminantes criterio en las diferentes fuentes de emisión de una planta de asfalto que fabrica 100,000 t/a de mezcla asfáltica en caliente.

5 Conclusiones

De acuerdo a la metodología empleada en el inventario de emisiones, una planta de asfalto que fabrica 100,000 t/a de mezcla asfáltica en caliente, es un establecimiento, no sujeto a reporte para el RENE; ya que sus CyGEI están muy por debajo de las 250,000 t/CO2e. Por otra parte, el análisis realizado a las condiciones de operación de las 2 plantas de asfalto en caliente de la empresa TRIASO, S.A. de C.V., Muestran que las concentraciones de PST no rebasaron los LMP establecidos por la NOM-043-SEMARNAT-1993; por lo que se puede asumir que ambas plantas se encuentran en cumplimiento total. Sin embargo, los resultados obtenidos, de PST y gases de combustión, no son favorables para la normatividad ambiental propuesta por la EPA en el Territorio Indio. Por lo que se hacen recomendaciones a los usuarios de realizar mantenimientos preventivos a sus plantas de asfalto, de modo que se garantice una buena carburación, una mayor eficiencia en sus dispositivos de control de emisiones (cámara de bolsas y ciclón) y de ser posible la implementación de combustibles más amigables con el medio ambiente.

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Contaminantes criterio

Secador (kg/a)

Salida de mezcla y patio

(kg/a)

Silo y tanque de asfalto (kg/a)

Generador (kg/a)

PM-10 6,70 24 28 230

CO 6,300 59 50 700

VOC 1,600 172 537 260

SO2 2,900 220

NOx 2,800 3,260

Total en fuentes

14,270 255 615 4,670

Total 19810

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