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Procesos Fisicoqumicos Aplicados Ingeniera al Servicio de la Sociedad Facultad de Ingeniera

Convenio 327 AMVA - UdeA

Universidad de Antioquia

TABLA DE CONTENIDO

I. DESCRIPCIN DEL PROYECTO ................................................................................................... 4 II. RESUMEN EJECUTIVO DE LOS RESULTADOS........................................................................ 4 III. MARCO TEORICO ....................................................................................................................... 5

1. Calderas. ............................................................................................................................... 5 2. Clasificacin de las calderas .............................................................................................. 6 3. Sistema de vapor.................................................................................................................. 6 4. Equipos de control de emisiones ....................................................................................... 7 5. El Carbn............................................................................................................................... 7 6. Factor de emisin............................................................................................................... 11 6.1. Categora de los factores de emisin. ......................................................................... 12 7. Legislacin ambiental........................................................................................................ 13

IV. AJUSTE DE PROTOCOLO........................................................................................................ 15 V. METODOLOGA .......................................................................................................................... 15

1. Revisin bibliogrfica. ........................................................................................................... 15 2. Revisin y actualizacin de bases de datos........................................................................ 16 3. Visitas de sondeo a algunas empresas del rea con calderas a carbn. ......................... 18 4. Seleccin de la muestra objeto de estudio.......................................................................... 18 5. Visitas de premuestreo y programacin de muestreos a las empresas seleccionadas. 19 6. Elaboracin de muestreos isocinticos............................................................................... 19 6.1. Metodologa EPA ................................................................................................................. 20

6.1.1. EPA Mtodo 1: ........................................................................................................... 20 6.1.2. EPA Mtodo 2: ........................................................................................................... 24 6.1.3. EPA Mtodo 3: ........................................................................................................... 25 6.1.4. EPA Mtodo 4: ........................................................................................................... 25 6.1.5. EPA Mtodo 5: ........................................................................................................... 26 6.1.6. EPA Mtodo 8............................................................................................................. 29

6.2. Procedimiento del muestreo......................................................................................... 30 6.2.1. Requerimientos mnimos en el muestreo de material particulado y neblinas cidas ..................................................................................................................................... 30 6.2.2. Descripcin de los equipos y certificacin de su respectiva calibracin .......... 30 6.2.3. Calibracin de calderas ............................................................................................ 33 6.2.4. Salud Ocupacional y Seguridad Industrial ............................................................. 34

7. Anlisis granulomtrico del carbn. ................................................................................ 34 8. Anlisis prximo del carbn ............................................................................................. 34 9. Informes y radicacin de cada muestreo realizado........................................................ 35

VI. RESULTADOS ........................................................................................................................... 35 VII. ANALISIS DE RESULTADOS ................................................................................................... 36

1. Generalidades de anlisis de regresin. ......................................................................... 36 2. Anlisis de valores extremos............................................................................................ 37 3. Anlisis exploratorio de datos. ......................................................................................... 37 4. Anlisis Descriptivo. .......................................................................................................... 39 5. Anlisis de Correlaciones. ................................................................................................ 41 6. Anlisis de Regresin........................................................................................................ 42 7. Factores de Emisin de CO y NOx. .................................................................................. 43 8. Factores de Emisin de CO2, SOx y MP.......................................................................... 43 9. Cartas de control para cada uno de los factores de emisin. ....................................... 46 9.1. Carta de control para el factor de emisin del CO ........................................................... 47 9.2. Carta de control del factor de emisin del CO2 ............................................................... 47 9.3. Carta de control para el factor de emisin del NOx ......................................................... 48

Informe final Proyecto: Caracterizacin de las emisiones de calderas a carbn del Valle de Aburr: determinacin de factores de emisin

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9.4. Carta de control para el factor de emisin del SOx ......................................................... 48 9.5. Carta de control para Material Particulado (M.P.) ............................................................ 49

VIII. DIFICULTADES Y OBSERVACIONES .................................................................................... 49 1. Montajes. ............................................................................................................................. 49 2. Datos de carbn alimentado. ............................................................................................ 49 3. Aplazamientos en los muestreos. .................................................................................... 49

IX. CONCLUSIONES ........................................................................................................................ 50 X. RECOMENDACIONES................................................................................................................. 52 XI. BIBLIOGRAFA ........................................................................................................................... 53

LISTA DE TABLAS

Tabla 1: Clasificacin de las calderas...................................................................................................... 6 Tabla 2: Poder calorfico de algunos carbones colombianos segn la regin ............................. 8 Tabla 3: Norma de emisin para fuentes de combustin externa a partir de combustibles slidos............................................................................................................................................................ 14 Tabla 4. Base de datos de las empresas del rea Metropolitana que poseen calderas a carbn............................................................................................................................................................. 17 Tabla 5. Ubicacin de puntos de medicin en chimeneas o conductos de seccin circular. 22 Tabla 6. Distribucin de puntos de medicin para una chimenea o ducto de seccin rectangular .................................................................................................................................................... 23 Tabla 7: Valores recomendados para emisiones xidos de azufre y de nitrgeno ................... 33 Tabla 8: Valores recomendados para gases de combustin ........................................................... 33 Tabla 9. Normas para realizar anlisis prximo del carbn ............................................................. 35 Tabla 10. Resultados generales de los muestreos isocinticos.................................................... 35 Tabla 11. Factores de emisin calculados con los resultados obtenidos en los muestreos isocinticos ................................................................................................................................................... 36 Tabla 12: Medidas descriptivas de los factores de emisin CO, CO2, NOx, SOx y MP, segn niveles de potencia ..................................................................................................................................... 39 Tabla 13. Medidas descriptivas de los factores de emisin CO, CO2, NOx, SOx y MP, segn procedencia del carbn. ............................................................................................................................ 40 Tabla 14. Correlaciones de las variables caractersticas del carbn con el poder calorfico. 41 Tabla 15. Indicadores de los modelos de regresin encontrados para los factores de emisin CO2, SOx y Material Particulado............................................................................................................... 43


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LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Esquema de una caldera ........................................................................................................... 6 Figura 2: Aparato ciclnico. ....................................................................................................................... 7 Figura 3: Procesos dados durante la combustin................................................................................ 9 Figura 4: Formacin de los compuestos segn la distancia sobre la parilla. ............................. 11 Figura 5: Efecto de la temperatura sobre el equilibrio de la reaccin........................................... 11 Figura 6. Distribucin de capacidades de calderas a carbn del Valle de Aburr.................... 18 Figura 7: Requisitos para ejecucin de medicin de emisiones al aire desde fuentes fijas.. 21 Figura 8: Nmero de puntos de medicin para una chimenea o ducto de seccin .................. 22 Figura 9. Seccin trasversal de una chimenea circular dividida en 3 reas iguales, mostrando la localizacin de 12 puntos de muestreo centrados en cada rea.......................... 23 Figura 10. . Seccin trasversal de una chimenea rectangular dividida en 12 reas iguales, mostrando la localizacin de los puntos de muestreo centrados en cada rea ........................ 24 Figura 11. Tren de muestreo isocintico para determinar material particulado ......................... 27 Figura 12. Equipo de muestreo isocintico para determinar material particulado .................... 31 Figura 13: Equipo analizador de gases de combustin .................................................................... 32 Figura 14. Diagramas de caja y sesgo para los factores de emisin segn nivel de potencia38 Figura 15. Diagramas de dispersin de cada uno de los factores de emisin y las variables independientes identificadas. .................................................................................................................. 42 Figura 16. Grfico de residuales para validar normalidad y aleatoriedad para el factor de emisin SOx.................................................................................................................................................. 44 Figura 17. Grfico de residuales para validar normalidad y aleatoriedad para el factor de emisin de MP .............................................................................................................................................. 45 Figura 18. Grfico de residuales para validar normalidad y aleatoriedad para el factor de emisin LCO2 ................................................................................................................................................ 45 Figura 19. Grfico de control F.E. CO (Kg/ton carbn)...................................................................... 47 Figura 20. Grfico de control F.E. CO2 (Ton/ton carbn) .................................................................. 47 Figura 21. Grfico de control F.E. NOx (Kg/ton carbn) .................................................................... 48 Figura 22. Grfico de control F.E. SOx (Kg/ton carbn) ................................................................... 48 Figura 23. Grfico de control F.E. Material Particulado M.P. (Kg/ton carbn)............................ 49

LISTA DE ANEXOS

Anexo 1. Informacin general de empresas con puntos fijos de emisin de contaminantes al aire (Formato 1)

Anexo 2. Trminos de referencia para la presentacin de estudios de caracterizacin de emisiones atmosfricas y datos de campo para elaboracin de un muestreo isocintico (Formato 2). Protocolo propuesto por la Universidad de Antioquia para la elaboracin de muestreos isocinticos.

Anexo 3. Informe modelo de presentacin de resultados de muestreos isocinticos


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INFORME FINAL CONVENIO 327 AMVA-UDEA Fecha: Julio de 2006

I. DESCRIPCIN DEL PROYECTO Nombre del Proyecto: Caracterizacin de las emisiones de calderas a carbn del Valle de Aburr: determinacin de factores de emisin Cdigo: Convenio 327 AMVA-UdeA 017 U de A Perodo de avance: Informe final Investigador Principal: Luis Alberto Ros Nombre de los Coinvestigadores: Kelly Viviana Patio, Gloria Restrepo, Elias Gmez y Len Daro Bello (asesor) Grupo de Investigacin: Procesos Fisicoqumicos Aplicados - Universidad de Antioquia II. RESUMEN EJECUTIVO DE LOS RESULTADOS A lo largo del desarrollo del proyecto, se ha hecho una revisin bibliogrfica permanente sobre el tema, estudiando en particular los factores de emisin existentes en otros pases en relacin con las calderas en estudio y el tipo de contaminantes a evaluar, as como las metodologas para la determinacin de factores de emisin. Se recopilaron tambin artculos relacionados con la definicin de factores de emisin y se estudiaron diversos trabajos de investigacin y tesis sobre el tema. Se elabor un diagnostico de las condiciones de la tecnologa local, diseo y operacin de las calderas en estudio existentes en la industria, as como de las caractersticas de los combustibles empleados. Esto se hizo mediante informacin suministrada por personal de calderas JCT, llamadas telefnicas de confirmacin y actualizacin de datos a las empresas y visitas a realizadas en algunas de ellas, teniendo en cuenta la informacin suministrada por el rea Metropolitana del Valle de Aburr. Despus de consolidar la base de datos de las calderas a carbn existentes en el rea Metropolitana, se hicieron diferentes reuniones con el estadstico, con personal del grupo de investigacin y con la interventoria del proyecto para seleccionar la muestra de calderas a evaluar. Luego de esta seleccin se hicieron los contactos correspondientes con el personal de las diferentes empresas, se realizaron visitas premuestreo para conocer los datos tcnicos de la caldera, definir los requerimientos de montaje y acordar las citas para los muestreos y se procedi a la elaboracin de los muestreos isocineticos. Adicionalmente en cada muestreo, se tomaron muestras del carbn utilizado para evaluar la calidad del combustible, realizando anlisis prximo del carbn en la Universidad Nacional. Los muestreos se realizaron en las empresas Ospina Grasas y Pieles, Frigopor, Colorqumica, Cipa, Tintexa, Teimos y Finca S.A. y en cada empresa se hicieron dos muestreos en el mismo equipo de combustin. Se cont en total con 14 muestreos de los cuales se tomaron solamente 12, debido a que la empresa Frigopor presento problemas de no cumplimiento de la norma de emisin en cuanto a material particulado en uno de los muestreos realizados.


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Con los datos obtenidos en los muestreos, se elaboraron hojas de calculo para corroborar isocinetismo y posteriormente recopilar los resultados, calculando tambin los factores de emisin del CO, CO2, SOx, NOx y el material particulado. Estos datos se entregaron al estadstico para realizar el anlisis respectivo y para la bsqueda de los modelos matemticos mas adecuados para hallar el factor de emisin de cada uno de los materiales mencionados. Se encontraron correlaciones estadsticamente validas para el SOx, el material particulado y el CO2, pero no se encontraron para el CO y el NOx, sin embargo estos gases se encuentran influenciados en mayor proporcin por el porcentaje de O2 y el nivel de potencia. Adicionalmente para todos los factores de emisin, se elaboraron cartas de control para mostrar los lmites entre los que deberan estar cada uno de ellos, de acuerdo a los resultados arrojados por el estudio realizado. Estos datos sern de utilidad para la autoridad ambiental para establecer sobre todo limites superiores de emisin para las diferentes empresas, segn la cantidad de carbn que consuman los equipos de combustin. III. MARCO TEORICO 1. Calderas. Las calderas son equipos que se utilizan para generar vapor a partir de una fuente de calor, proveniente generalmente de la energa trmica almacenada por los combustibles fsiles, como carbn, hidrocarburos, gases combustibles, entre otros. Dicho calor, se libera con la reaccin de los combustibles con el oxgeno. Las calderas se componen de cinco partes principales: el hogar, el quemador, las zonas de circulacin de los gases, las zonas del fluido trmico (agua) y la chimenea. En la zona de recirculacin de gases se realiza la transmisin de calor al agua; de acuerdo al tipo de caldera, la circulacin de los gases se realiza por dentro o por fuera de los tubos. El hogar esta constituido por dos elementos: la cmara de combustin (donde se libera el calor por la reaccin de combustin) y el cenicero (donde se recogen los residuos de la combustin), el flujo de calor, que se origina al quemar el combustible, se transfiere mediante tres mecanismos: radiacin, conveccin, y conduccin. La radiacin es la transferencia de calor directa en forma de energa radiante, procedente de la incandescencia del combustible o de las llamas a los tubos y al cuerpo de la caldera. La conveccin es la transferencia de calor entre una superficie slida y un fluido adyacente que est en movimiento, puede ser libre o forzada, la primera se debe a la diferencia de densidades provenientes del diferencial de temperatura, la segunda es causada por una fuerza mecnica. La conduccin es la transferencia de calor de un cuerpo a otro cuando se encuentran en contacto fsico. La transferencia de calor en el interior de la caldera se ve afectada por la temperatura de la llama y los productos de combustin, por la acumulacin de escorias, cenizas volantes u holln en las superficies en contacto con el fuego, por la conductibilidad del metal, por la acumulacin de incrustaciones o sedimentos en las superficies en contacto con el agua, por la turbulencia y movimiento del vapor y del agua. Por cada 50F (10C) de incremento en la temperatura de los gases evacuados por la chimenea, la eficiencia de la caldera disminuye un 1%. Generalmente la capacidad de una caldera se expresa en trminos de Boiler Horsepower (BHP) para calderas de tamaos medios y las calderas relativamente grandes indican su capacidad de produccin en lb/h de vapor o en Kg/h de vapor (1 BHP = 33465 BTU/h). El quemador es el componente que se encarga de manejar la combustin. Para el carbn hay tres tipos de quemadores fundamentales: Parrilla, pulverizacin y lecho fluidizado.


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Figura 1: Esquema de una caldera

2. Clasificacin de las calderas De acuerdo a la circulacin del agua, por fuera o por dentro de los tubos, las calderas se clasifican en pirotubulares y acuotubulares:

Tabla 1: Clasificacin de las calderas

Caldera Pirotubular De cmara

trasera seca y hmeda

De parilla viajante interna

De parrilla viajante externa

El gas caliente de la combustin circula a travs del

interior de los tubos sumergidos en el agua.

Usualmente de menos de 1000 BHP. Almacenan gran

volumen de agua, partiendo de un arranque fro, es mayor que

el requerido en una caldera acuatubular.

Seca Material

refractario en la parte trasera del

hogar. Para combustibles

lquidos y gaseosos. Hmeda

Enfriadas por agua, para evitar recalentamientos.

Poseen parrilla viajera que permite

el avance del carbn.

Permite quemar a

diferencia del carbn, otros combustibles, como madera aceite, o gas

natural.

Caldera Acuatubular De tubos rectos De tubos curvados

El agua y el vapor circulan por el interior de los tubos,

trasladndose por el exterior los gases calientes de la

combustin. Para presiones superiores a 300 Psig y altas

capacidades.

Adaptables a diferentes combustibles como: carbn, gas, aceites

combustibles, bagazo o lea. Para facilitar la

circulacin de los gases, los tubos deben de tener

una inclinacin de 5 a 10.

Mayor economa en fabricacin y operacin que la de tubos rectos, mayor capacidad d evaporacin, entrega de mayor vapor

seco.

3. Sistema de vapor El vapor es un recurso energtico secundario, apto para transportar energa y transferirla en varios procesos


simultneamente, de una manera eficiente. El objetivo final en los sistemas de generacin de vapor es el aprovechamiento ptimo de un recurso primario como los combustibles en procesos industriales y en la generacin de energa elctrica. 4. Equipos de control de emisiones Ciclones. Son los equipos mas empleados dentro de las operaciones de separacin de partculas slidas de una corriente gaseosa. Se destaca en estos equipos que hacen uso de las fuerzas centrifugas en vez de gravitatorias, la velocidad de sedimentacin de las partculas se incrementa en gran medida hacindose mas efectiva la separacin. Un separador ciclnico esta compuesto bsicamente por un cilindro vertical con un fondo cnico, dotado de una entrada tangencial normalmente rectangular. Las partculas de polvo, debido a su inercia, tienden a moverse hacia la periferia del equipo alejndose de la entrada del gas y recogindose en un colector situado en la base cnica.

Figura 2: Aparato ciclnico. 5. El Carbn El carbn es un combustible orgnico no homogneo, el cual se origin a partir de los restos en descomposicin de materia vegetal. Es el combustible fsil ms utilizado en la generacin de vapor, por su amplia disponibilidad y bajo costo. Provee ms de un cuarto de las necesidades energticas del mundo, y sus reservas exceden a las reservas disponibles de gas y petrleo. El carbn vara ampliamente en su composicin debido a los factores que intervienen en el proceso de carbonificacin. Formacin El precursor del carbn fue la turba, formada mediante la accin bacteriana y qumica sobre los desechos de las plantas. Las acciones subsiguientes del calor, la presin y otros fenmenos fsicos transformaron la turba en las diversas clases de carbn que se conocen en la actualidad. Clasificacin La clasificacin del carbn se realiza con base a algunas propiedades, tales como: composicin, capacidad calorfica, la estructura, o a criterios fsicos como el tamao, la apariencia y la reaccin durante su uso cuando se

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expone a condiciones especficas. La ms comn de estas clasificaciones es la establecida por la American Society of Testing Materials (ASTM), la cual se basa en el contenido de carbono fijo y el poder calorfico, calculado para una base libre de material mineral. Dentro de los tipos de carbones se pueden diferenciar los carbones trmicos y metalrgicos. Los primeros se usan para generar calor en procesos industriales, y se clasifican comercialmente por su poder calorfico, cantidad de carbono, ceniza, humedad y azufre, los segundos se usan para la reduccin de materiales en procesos metalrgicos y se clasifican comercialmente por su capacidad aglomerante, su contenido de material voltil, ceniza y azufre. Anlisis Con el anlisis se evalan caractersticas fsicas, qumicas y petrogrficas del carbn, generalmente se utilizan dos tipos de anlisis para el carbn, el anlisis prximo y el anlisis ltimo, ambos expresados en porcentaje en peso. Anlisis prximo El anlisis prximo identifica el grado de carbonificacin, dando informacin durante el calentamiento, es decir, cuanto del carbn permanece fijo y cuanto se transforma en materiales voltiles. Adems se reportan datos de humedad, contenido de cenizas y poder calorfico. 9 Humedad: Puede ser total, superficial, residual y de equilibrio. La superficial se pierde cuando el carbn se

seca al aire, la residual es la contenida por un carbn seco a la atmsfera del laboratorio y se pierde a 106C; la humedad de equilibrio es la cantidad de humedad que un carbn puede retener a 30C y una humedad relativa entre 96 y 97%. La humedad total es la suma de la residual y la superficial.

9 Material voltil: Esta es la porcin que se separa como gas cuando el carbn es calentado, compuesta por

hidrocarburos y otros gases resultantes de la descomposicin y la destilacin. 9 Cenizas: Es el material mineral no combustible, cuya proporcin depende del tipo de explotacin del carbn

en la mina. 9 Carbn fijo: El carbn fijo de un carbn se incrementa con el rango, es la parte de la muestra que no es voltil

y que se oxida en estado slido exento de voltiles, se encuentra en el residuo de coque o char, luego de determinada la materia voltil; si a este residuo se le quitan las cenizas se obtiene el carbn fijo, por diferencia, una vez conocidas la humedad, las cenizas y el material voltil.

9 Poder calorfico: El poder calorfico del carbn es la energa total liberada durante el proceso de la

combustin, partiendo de reactivos (carbn + aire) en condiciones de 298K y 1 atmsfera de presin, utilizando relaciones estequiomtricas de los reactivos.

Tabla 2: Poder calorfico de algunos carbones colombianos segn la regin

REGIN Poder Calorfico Superior Kcal/Kg

Poder Calorfico Superior BTU/Lb

Antioquia y Antiguo Caldas 6061 10910 Valle del Cauca, sector Yumbo-Surez 5369 5369 Boyac, rea Sogamoso-Jeric 6889 12401 Cundinamarca, proyecto Termoyumbo IV 7330 13194 Cesar, rea La Jagua 6981 12566 Cerrejn, Zona Central 6778 12200 Crdoba, La Escondida-San Jorge 4544 8180 Norte de Santander, Fm. Carbonera. 6646 11963

*Fuente: ECOCARBN


Manejo y Transporte del Carbn. Muchos carbones son cuidadosamente preparados y tamizados para cumplir con los requerimientos de utilizacin especfica. Con el objetivo de realizar la total valoracin tcnica y econmica del carbn, se debera hacer el mximo esfuerzo para garantizar que tales propiedades sean protegidas. En la prctica es virtualmente imposible debido a que el carbn tiene que ser transportado por diferentes medios de un lugar a otro, y antes de su uso es frecuente almacenarlo en pilas por varios perodos de tiempo. Dependiendo de la localizacin geogrfica, el carbn puede estar sometido a altas y bajas temperaturas ambientales, al igual que a grandes fluctuaciones en la humedad relativa. Consideraciones sobre el almacenamiento de carbones La exposicin del carbn a condiciones atmosfricas prevalecientes (humedad y temperatura) puede causar un deterioro en su calidad y una reduccin en su valor econmico. Este proceso est influenciado por la tasa y grado de reduccin de tamao de partcula. Este y otros procesos pueden llegar a cambiar el contenido de humedad, para producir varios efectos por la oxidacin del carbn y el desarrollo de la combustin espontnea (un gran problema debido a que origina cambios en las propiedades fsicas y qumicas de las pilas de carbn) Algunas sugerencias para minimizar el riesgo de oxidacin espontnea del carbn almacenado en pilas son: Nivelar, afirmar y drenar el terreno donde descansan las pilas de carbn, transportar el carbn lo menos posible, disminuir la altura de las pilas para disminuir el peligro de combustin facilitando la disipacin del calor, almacenar bajo agua carbones de baja temperatura de inflamacin, evitar los silos cerrados, ubicar la cara de la pila que enfrenta el viento apisonada para evitar focos de autocombustin, para carbones de distinta procedencia se deben apilar por separado, evitando el almacenamiento de finos de carbones de bajo rango por ms de 4 semanas, nunca exponer el carbn a la radiacin calorfica prolongada, como por ejemplo al lado de una caldera u horno. Proceso de Combustin En la siguiente grfica se muestran los productos de la combustin propiamente dicha, aquellos que proceden de la oxidacin de materiales que contienen C, H, S, en funcin de la temperatura. La primera etapa de temperatura corresponde ala eliminacin del agua y al comienzo de la fase de volatilizacin. Es a partir de este momento donde arrancan, con propiedad, las reacciones de combustin. Las flechas indican el rango de temperaturas mnima y mxima en las que suele iniciarse y concluirse el proceso. La zona fundamental, que abarca de los 300 a los 1000C corresponde a la oxidacin de la materia orgnica con la consiguiente formacin de SOx y CO2. A mayor temperatura, y en funcin de la naturaleza reductora del medio toman fuerza las reacciones de gasificacin, el equilibrio se desplaza y se forman CO y SOx. A medida que prosigue la temperatura se inicia la formacin de NOx de origen trmico, esto es a partir del nitrgeno del aire, cuanto mayor sea la temperatura tanto mayor ser la fase vtrea de escoria formada y ms peligro existir de volatilizacin de metales.

Figura 3: Procesos dados durante la combustin

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Combustin de carbones La combustin es el cambio qumico de ciertos elementos de un combustible con el oxgeno del aire, controlada de tal manera que se genera energa trmica til. Los principales elementos constituyentes del combustible son carbono elemental (C), hidrgeno (H), agua (H2O), cenizas (Cz) y otros compuestos. Las tres condiciones indispensables para una buena combustin son: 1. Aire suficiente para la mezcla. 2. Mezcla rica aire-combustible. La relacin est en proporcin directa. Para cada Kg de carbn se requiere

cierta cantidad de Kg de aire. 3. Alta temperatura en el horno u hogar. Comportamiento del carbn durante el calentamiento Un aumento de la temperatura genera transformaciones qumicas y fsicas del carbn: las qumicas producen gases, vapores condensables y un residuo slido compuesto casi nicamente de carbono, estos procesos dependen de la velocidad con la cual se calientan las partculas y de la temperatura. Las propiedades fsicas producen efectos en su grado de plasticidad; las partculas forman una masa esfrica compacta la cual se hincha y se resolidifica denominada coque o char. Descripcin cualitativa del proceso de combustin de carbones El carbn con granulometra pequea, finos hasta 5 mm, se oxida como partculas independientes, suspendidas en aire en los quemadores de lecho fluidizado, en ellos, las partculas pasan por diversas etapas: 9 Precalentamiento. 9 Secado. 9 Poscalentamiento. 9 Pirlisis o gasificacin. 9 Combustin del coque o char y de los gases de pirlisis.

Estas etapas se dan a altas velocidades, lo que asegura una alta transferencia de masa y energa y por lo tanto una combustin casi completa. Reacciones de combustin y requerimentos de aire. Las reacciones globales de la combustin de carbones son:

( ) ( )

( ) ( ) ( )ggs

ggg

ggs

SOOS

OHOH

COOC

22

22)(2

)(2)(2)(

21

+++

El aire requerido es para suplir la cantidad de primario y secundario. El aire primario es el que se introduce a la parrilla. La composicin de los gases, depende de la profundidad de la parrilla, si el grueso del lecho (aprox. 10-15 cm.), es importante se forma ms CO. Pero con la inyeccin de aire se llega al equilibrio:

2221 COOCO +

Y se volver a formar CO a expensas del CO2, o sea la inyeccin de aire primario tiene su lmite y el CO estar de acuerdo con la ecuacin anterior.

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Figura 4: Formacin de los compuestos segn la distancia sobre la parilla. Admitido que en la cmara de combustin existir siempre gran presencia de CO, de hecho la velocidad de formacin de CO es mxima en el punto de mayor concentracin de CO2, de acuerdo con el equilibrio:

COCCO 22 +

Grficamente se puede apreciar la influencia de la temperatura sobre el equilibrio de la reaccin:

Figura 5: Efecto de la temperatura sobre el equilibrio de la reaccin. As pues la combustin debe completarse por encima del lecho por la adicin de aire secundario, en la llamada cmara de oxidacin, el aire secundario tambin se emplea para oxidar el H2 y el CO productos de la descomposicin del vapor de agua con el carbono. El oxgeno mnimo requerido para llevar a cabo las reacciones anteriores, representa el oxgeno estequiomtrico o terico, el cual se usa para calcular la cantidad de aire mnima necesaria y la relacin aire-combustible terica, sin embargo normalmente se usa un exceso de aire entre 15 y 25% para la quema de carbn pulverizado, entre un 20 y 30% para la quema en parrilla mvil (partculas < 2.5 cm.) y entre 30 y 45% para la combustin de carbn en parilla fija (partculas > 2.5 cm.). Empricamente, una aproximacin para obtener el aire terico a nivel del mar, es aplicando la norma de que para cada 100 BTU de poder calorfico de cualquier combustible, es necesario 1 ft3 de aire. 6. Factor de emisin. Un Factor de Emisin es un valor representativo que relaciona la emisin del contaminante con la actividad contaminadora. Los factores usualmente son expresados como el peso del contaminante dividido por unidades de peso volumen de materia prima producto, tambin se utilizan otros como la relacin entre el contaminante emitido por la distancia o duracin de la actividad contaminadora. Tales factores facilitan la estimacin de emisiones de varios contaminantes atmosfricos.

Los Factores de Emisin (FE) permiten la realizacin de inventarios de fuentes como parte de un estudio de

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contaminacin del aire en una zona especfica, adems sirve para la obtencin de densidades de emisin lo cual contribuye al sealamiento de zonas criticas y de manejo especial; tambin son usados en modelos de dispersin para la estimacin de la emisin de diversas fuentes, en anlisis ambientales y en el desarrollo de estrategias de control de emisin. Los factores se calculan mediante la aplicacin de la siguiente ecuacin

E = A x FE x (1-ER/100)

Donde: E: Emisin de contaminante en las unidades de FE A: Medicin de la actividad de contaminante FE: Factor de emisin (cantidad del contaminante/unidad de actividad) ER: Porcentaje de reduccin de las emisiones por los sistemas de control Los factores no son aplicables en la evaluacin del cumplimiento de la normatividad ambiental referente a emisiones atmosfricas, ya que al tratarse de un promedio, de la emisin real de un contaminante, en un momento determinado, puede estar por debajo o por encima de la emisin hallada con el factor, sin embargo, debido a la dificultad o imposibilidad de realizar muestreos en todas las fuentes fijas, los factores de emisin son en muchas ocasiones el mejor o el nico mtodo disponible para la estimacin de emisiones, sin importar la incertidumbre que proporcionen.

6.1. Categora de los factores de emisin. Segn la Agencia de Proteccin Ambiental de los Estados Unidos (US-EPA), Los factores de emisin estn dados por categoras que van desde la A hasta la E, donde A es el factor de mejor categora. Esta categora es estimada segn la veracidad de los experimentos usados para desarrollar el factor y en la cantidad y las caractersticas representativas de estos datos. En general un factor se basa en muchos estudios o con procedimientos de mtodos ampliamente aceptados, asignndosele la clasificacin jerrquica ms alta. Inversamente, cuando un factor se basa en un solo estudio de una calidad cuestionable, o en una extrapolacin de otro factor tendr una clasificacin jerrquica ms baja.

Puesto que las categoras son subjetivas y solamente, consideran inherentemente la relacin de la dispersin entre los datos calculados de los factores, las categoras solo deben verse como aproximaciones. Las categoras de los factores de emisin de la AP-42, no involucran limites estadsticos de error o intervalos de confianza sobre cada factor de emisin. Principalmente una categora debe ser considerada como un indicador de la exactitud y precisin de un factor dado, usado para estimar emisiones de una gran cantidad de fuentes. Este indicador es mas que todo una consideracin del juicio profesional de los autores y revisores del AP-42, acerca de la confiabilidad de cualquier estimacin derivada de estos factores.

Ya que los factores de emisin pueden estar basados en monitoreos en la fuente, modelos, balances de masa u otras informaciones, las categoras de los factores de emisin puede variar bastante. Algunos factores han sido sometidos a procesos ms rigurosos de aseguramiento de calidad que otros. Hay dos pasos para determinar la categora de un factor. El primer paso es una apreciacin de la calidad de los datos que es la fiabilidad de los datos bsicos de emisin que se usaron para desarrollar el factor. El segundo paso es una apreciacin de la habilidad del factor de permanecer como un factor de emisin promedio anual nacional para cada actividad. La calidad de los datos es clasificada de la A hasta la D y las categoras son asignadas as: A = Las pruebas son realizadas con una metodologa legitima y son reportadas con suficiente detalle para una validacin adecuada. B= Las pruebas son realizadas con una metodologa generalmente legtima pero sin el suficiente detalle para una validacin adecuada.


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C= Las pruebas se basan en una metodologa nueva o no comprobada o carece significativamente de la comprobacin de base. D= Las pruebas se basan en un mtodo inaceptable, pero que podra proporcionar un valor de orden de magnitud para la fuente. Las categoras de calidad de datos de la AP-42 ayudan a identificar buenos datos, an si, no es posible extraer un factor representativo de una fuente tpica en la categora de esos datos. Por ejemplo los datos de una prueba dada podran ser suficientemente buenos para una categora de calidad A, pero la prueba puede ser para un nico material de alimentacin o las especificaciones de produccin podran ser ms o menos rigurosas a las de una planta tpica.

La categoras de los factores de emisin de la AP-42 son una evaluacin global de que tan bueno es un factor, basado tanto en la calidad de prueba o en las informaciones que sirvieron de fuente para el calculo del factor como tambin en que tanto bien este factor representa a la fuente de emisin. Las categoras ms altas son para factores basados en muchas observaciones imparciales, o procedimientos de pruebas aceptados ampliamente. Por ejemplo: A diez o ms fuentes tomadas en diferentes plantas seleccionadas al azar, probablemente se les asignara un categora "A" si todas las pruebas son desarrolladas usando un mtodo de medicin de referencia nico y valido. Igualmente, a una observacin nica basada en mtodos de prueba cuestionables se le asigna una "E", y a un factor extrapolado de factores de mas alta categora, para los procesos similares le sera asignado una "D" o una "E."

La categora de calidad de un factor de emisin AP-42 se asigna as: A: Excelente. El factor es desarrolla a partir de datos de prueba de fuentes clasificados como A y B, tomadas de muchas plantas escogidas al azar de una la poblacin industrial. La categora de la poblacin de fuentes es lo suficientemente especfica para minimizar variabilidad. B: Por encima del promedio. El factor se desarrolla a partir de datos de prueba clasificados como A o B tomados de un numero razonable de plantas. Aunque no hay un sesgo especifico evidentemente, no es claro que las plantas probadas representen una muestra al azar de la industria. As como una Categora A, la categora de la poblacin de las fuentes es suficientemente especfico para minimizar variabilidad. C: Promedio. El factor es desarrollado a partir de datos de prueba clasificados como A, B y/o C, tomado de un nmero razonable de pruebas. Aunque no hay un sesgo especifico evidentemente, no es claro que las plantas probadas representen una muestra al azar de la industria. As como una Categora A, la categora de la poblacin de las fuentes es suficientemente especfico para minimizar variabilidad. D: Por debajo del promedio. El factor es desarrollado a partir de datos de prueba clasificados como A, B y/o C tomados de un pequeo numero de plantas y puede haber razones para sospechar que estas plantas no representan una muestra al azar de la industria. Puede haber tambin evidencia de variabilidad dentro de la poblacin fuente.

E: Pobre. El factor se desarrolla a partir de datos de prueba clasificados como C y D, y puede haber razones para sospechar que las plantas probadas no representan una muestra al azar de la industria. Puede haber tambin evidencia de variabilidad dentro de la poblacin de fuentes de la misma categora. 7. Legislacin ambiental. A continuacin se enuncia el listado de normas aplicadas durante el desarrollo de este proyecto: Normas de emisin para fuentes fijas DECRETO 02 DE 1982 Tal como se mencion en la metodologa, el estudio se efectu cumpliendo los requerimientos y de acuerdo a lo exigido por la normatividad Colombiana Decreto 02 de 1982 del Ministerio de Salud y aplicando los Mtodos de la


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Agencia de Proteccin Ambiental de los EEUU, E.P.A. adicionalmente, se incluyen otras normas aplicadas para los clculos de los factores de emisin. Norma de emisin De acuerdo con los artculos 48, 49, 51 y 52 del capitulo IV, Las calderas que trabajen con base a carbn no podrn emitir al aire ambiente, partculas en cantidades superiores al valor (a condiciones de referencia 760 mm Hg y 25C) interpolado por la siguiente ecuacin definida para zona Urbana: E= 2,0 P 10 Donde: E: Mxima emisin permisible de partculas, expresadas en kilos por millones de kilocaloras. P: Calor liberado por el combustible utilizado, en millones de kilocaloras.

Segn el articulo 42 Para alturas diferentes a las del nivel del mar la emisin permisible de partculas de debe corregir por el factor K segn del decreto 02 del 1982, de acuerdo con la siguiente ecuacin. K = (pbh/760) + 0,04*H En donde: K = Factor de modificacin por altitud pbh = Presin baromtrica del lugar, en mm Hg H = altura sobre el nivel del mar, en miles de metros. Neblinas Acidas De acuerdo con el artculo 79 Las calderas hornos o equipos a base de combustibles slidos o lquidos que originen o produzcan dixido de Azufre (SO2) no podrn emitir al aire ambiente los gases provenientes de su combustin por una chimenea con una altura inferior a 15 metros para carbones con contenido de azufre menor de 1.4% y menos de 10 millones de Kcal/hora de calor liberado. RESOLUCIN 391 DE 2001 DEL DAMA Artculo 12. Norma de emisin para fuentes de combustin externa a partir de combustibles slidos. La norma de emisin para fuentes de combustin externa a partir de lea, turbas, lignitos, hullas, antracita, carbn mineral, coque, carbn vegetal, asfalto y brea, al interior del permetro urbano del D.C., son las siguientes:

Tabla 3: Norma de emisin para fuentes de combustin externa a partir de combustibles slidos.

CONCENTRACION mg/m3

CONTAMINANTE CAPACIDAD

BHP 2001 2005 2008 2011

MATERIAL PARTICULADO (PST) TODAS 300 200 150 100

MONXIDO DE CARBONO (CO) TODAS 300 280 260 250

XIDOS DE NITROGENO (NO2) TODAS 400 350 300 250

XIDOS DE AZUFRE (SO2) TODAS 600 500 450 400

METALES PESADOS TODAS 0.8 0.7 0.6 0.5

HCl TODAS 300 270 240 200

HF TODAS 30 25 20 15


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PARGRAFO 1. A partir del 1 de enero del 2001, no se podrn utilizar combustibles con contenidos de azufre mayor al 1.7 % en peso, dentro del permetro urbano de la cuidad, como combustibles en calderas u hornos de establecimientos de carcter comercial, industrial o de servicio. DECRETO 948 DE 1995 DEL MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE Artculo 110: Verificacin del cumplimiento de normas de emisin en procesos industriales. Para la verificacin del cumplimiento de las normas de emisin por una fuente fija industrial, se harn las mediciones de las descargas que sta realice en su operacin normal mediante alguno de los siguientes procedimientos: 9 Medicin directa, por muestreo isocintico en la chimenea o ducto de salida: es el procedimiento consistente

en la toma directa de la muestra de los contaminantes emitidos a travs de un ducto, chimenea, u otro dispositivo de descarga, en el que el equipo de muestreo simula o mantiene las mismas condiciones de flujo de salida de los gases de escape.

9 Balance de masas: es el mtodo de estimacin de la emisin de contaminantes al aire, en un proceso de combustin o de produccin, mediante el balance estequiomtrico de los elementos, sustancias o materias primas que reaccionan, se combinan o se transforman qumicamente dentro del proceso, y que da como resultado unos productos de reaccin. Con el empleo de este procedimiento, la fuente de contaminacin no necesariamente tiene que contar con un ducto o chimenea de descarga; y

9 Factores emisin: es el mtodo de clculo para estimar la emisin de contaminantes al aire en un proceso especfico, sobre la base de un registro histrico acumulado, de mediciones directas, balances de masas y estudios de ingeniera, reconocido internacionalmente por las autoridades ambientales.

Para el caso particular, se desarrollo un registro histrico acumulado con base en mediciones directas, con el fin de aplicar en un futuro el mtodo de los factores de emisin para la empresas pertenecientes al Valle de Aburra. Los factores de emisin se definen como la cantidad de un determinado contaminante emitido por unidad de masa de combustible quemado o por tarea especifica desempeada.

IV. AJUSTE DE PROTOCOLO Dentro de los objetivos del convenio, se incluy un estudio y posterior ajuste del protocolo actual para elaboracin de muestreos isocinticos y teniendo en cuenta la experiencia recopilada en el desarrollo del proyecto y las necesidades presentadas en cada uno de los muestreos, se hicieron algunos ajustes con el fin de mejorar y estandarizar el proceso de muestreo para todas las entidades que realizan este tipo de evaluaciones en la jurisdiccin del rea Metropolitana del Valle de Aburr. Es as como los TERMINOS DE REFERENCIA PARA LA PRESENTACIN DE ESTUDIOS DE CARACTERIZACIN DE EMISIONES ATMOSFRICAS, se modific y se presenta a la entidad reguladora, como una alternativa de modificacin prctica para la elaboracin de muestreos isocinticos. Las modificaciones y sugerencias presentadas se muestran en los anexos 1 y 2 del presente informe y adicionalmente, en el apartado 6 de la metodologa del proyecto, se presenta informacin ms detallada del procedimiento utilizado para la elaboracin de los muestreos isocinticos.

V. METODOLOGA 1. Revisin bibliogrfica. Inicialmente se inici una bsqueda bibliogrfica de documentos sobre factores de emisin de acuerdo a la metodologa EPA, los documentos se buscaron en Internet y en revistas especializadas con el fin de tener un panorama ms amplio en cuanto a los trabajos realizados sobre factores de emisin. Adicionalmente se revisaron las tesis sobre factores de emisin de las ingenieras Gloria Ramrez del rea Metropolitana y Olga Duque de la Universidad Pontificia Bolivariana, donde se revis la metodologa llevada a


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cabo para este tipo de trabajos de investigacin Se buscaron tambin factores de emisin encontrados en otras zonas del pas, para comparar posteriormente con los resultados obtenidos en el presente estudio. 2. Revisin y actualizacin de bases de datos. De parte de la Ingeniera Gloria Ramrez, interventora del proyecto por parte del rea Metropolitana, se recibi una base de datos proveniente de dicha entidad, donde se listaban las empresas que posean equipos de combustin. En dicha base de datos no se tena ninguna discriminacin en cuanto al tipo de equipo y al combustible utilizado, por lo que se inici un trabajo de depuracin de la informacin teniendo en cuenta que los estudios de factores de emisin correspondiente a los convenios de la Universidad con el rea Metropolitana se limitaban a calderas a carbn. Despus de la depuracin de la base de datos se hicieron llamadas a cada una de las empresas para verificar la informacin, la cual en algunos casos ya era totalmente diferente a la que se tena en la base inicial del rea Metropolitana. Adicionalmente, para ampliar los datos obtenidos, se enviaron faxes a los proveedores de carbn y a los fabricantes de calderas que utilizan este tipo de combustible, con el fin de obtener informacin de sus clientes y as recopilar mayor cantidad de calderas. Producto de esta gestin, la empresa JCT, envi un listado de sus clientes desde 1984 y con esta informacin se complet la base de datos de calderas a carbn. Se decidi realizar tambin algunas visitas de sondeo a empresas que tuvieran calderas a carbn con las caractersticas requeridas para los estudios, con el fin de verificar no solo la informacin recibida por parte de las personas encargadas, sino tambin para observar la actitud de los empresarios frente a los proyectos que se llevaran a cabo entre la Universidad y el rea Metropolitana del Valle de Aburr. Despus de la depuracin y la verificacin telefnica de los datos se obtuvieron los siguientes resultados:


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Tabla 4. Base de datos de las empresas del rea Metropolitana que poseen calderas a carbn

Base de datos de las empresas del AMVA que poseen calderas a carbnNombre de la empresa Direccin Municipio Persona de

contactoTelfonos Equipo

(BHP)Produccin

vapor (ton/hr)Consumo

carbn (kg/hr)Tipo de

alimentacinEquipo de

controlPosee

plataformaAbracol Autopista Norte Km 20 Medellin Carlos Duque 2895150 100 Manual No NoArcotex Cl. 79 # 52D-40 Itagui Javier Muoz 2812995 60 600 Kg/da Manual No NoArtextil Cl. 72 # 42 - 26 Itagui Dora Correa 2812790 300 120 psi 30 ton/sem 24hoAutomtica No NoAsfrio Calle 21E #. 42 - 101 Bello Carlos Rios 4613704 80 Manual NoBioesencial Colombia Calle 31 # 6-24 Itagui Luis Carlos Echeverri 3020194 50 200Kg/8 h 22 Manual Si-ciclon NoBocadillos El Caribe Cra 52 # 7sur-73 Medelln Sergio Eusse 2850177 70 Manual Si (verificar)C.I. Wash S.A. Cra 53 # 77 Sur-120 La Estrella Adriana Gonzales 3011933 1000 532 Automtica Si SiCalcetines Crystal Cra49 # 52s-170 Itagui Juan Carlos Cardona 3788333 400-400-150 SemiautomticaSi SiCalcetines Crystal Cra49 # 52s-171 Itagui Juan Carlos Cardona 3788333 300-300 SemiautomticaSi SiCervecera Unin S.A. Cra 50 A # 38-39 Itagui Ana Mara Cadavid 3722400 1000 Automtica Si SiCipa SA Cra 49A # 23-45 Bello John Jairo Naranjo 4650020 100 1200 kg/d Automtica Si-ciclon SiColombiana Kimberly S.A.

Vereda Canaan Barbosa Juan Fernando Alonso

4547600 900 Automtica-elevador

Multicicln Si

Colorquimica Cl. 77S # 53-51 La Estrella Faber Garcia 3021717 150 5170 310 SemiautomaticaCicln NoColor Wash Calle 32 41-114 Itagui Hector Londoo 3772255 200 110 psi 250 Automtica Cicln SiColresn Cra 42 # 53-26 Itagi Gonzalo Restrepo 3736869 150 Manual Multicicln SiColtejer Cra 42 # 54A-161 Itagui Humberto Suarez 3757500 3 de 90 mil lb/hr Automtica Multicicln SiCompaa de Empaques S.A.

Cra 42 # 86 - 25 Itag Alvaro Pelez 3658888 100 Manual Multicicln No

Creaciones Monteblanco Cra. 55 # 27A-20 Medelln Jack Manevich 3511466 50 85 psi 11 ton/mes Manual Cicln NoCurtimbres Itagu Cra 53A # 50-89 Itag Ivan Parra Restrepo 3720666 300 10000 lb/h Manual Multicicln SiCurtimbres Copacabana y Catalua S.A.

Cl 46 # 78 - 335 Copacabana Oscar Cardona 4810300 500 294 Semiautomtica

Cicln Si

Despercol S.A. Cl 50 #40-17 L-169 Itagu Andrs Marn 3720644 150 Manual Cicln NoDulces Flower (Derivados del Coco)

Cl. 54 #46-88 Medelln Hernando Espinosa Flores

3723912 60 700 Kg/da. 14 horas

Manual Cicln Si

Fabricato Cl. 44 #49-03 Bello Ing. Maria Teresa Salazar

4542424 30 y 50 mil lb/hr

Automaticas Multicicln Si

Fabricato Cl. 44 #49-03 Bello Ing. Maria Teresa Salazar

4542424 80 y 100 mil lb/hr

Automaticas Multicicln Si

Facarda S.A. Cr. 45 # 66A-14 Itagui Oscar Garca 3726060 150 Automtica Si NoFatelares Cl 60 # 56 - 77 Medelln Ing. Rodrigo Giraldo 2513266 300 Automtica Multicicln NoFinca S.A. Cl. 36 # 56-76 Itag Francisco Javier Zapa 3787790 300 Automtica Si-ciclon SiFrigopor ltda. Cl 72 # 67 - 26 Medelln Sr. Norberto Casas 4375217 80 Automtica Cicln SiGrulla

Cl 37 Sur # 45A - 51Sabaneta Hernn Guantiva 3312222 100 (vertical) 83

Manual Si SiIndugevi S.A. Cl 57 Sur # 43A 174 Sabaneta Jorge A.Villegas 2885633 300 10000 lb/h 800-900 Kg/h Automatica Multicicln SiIndustrias El Toro Cr 55 # 49-18 Medelln Javier Giraldo 5132500 200-300 Automaticas Cicln SiInd. Alimenticias Castilla

Trans 78 #65-18 MedellnHctor Duque 4414545 100 Manual Si

(verificar)No

Intertex S.A. Cl 8 Sur # 50FF-85 Medelln Wilson Avendao 3615909/10 100-200 Manual No No-escaleraInversiones El Cid Calle 14 #52A-134 Medelln Ing Fernando Botero 2859191 150 70 ton/mes Manual Ciclon SiInversiones S y F (Lavandera Suprema) Calle 28 #44-53 Medelln Victor Hugo Fernndez

26188001000-400 Automtica Si-Si Si-Si

Invatam Calle 50 # 34-34 Copacabana Hernn Arango 2744595 60 18 ton/mes Automtica No SiInvatex Cl 53 # 73-125 Medelln 2646633 300 y 80 125-83,3 Automtica No SiKromia Cl. 25 # 41-185 Itagu Carlos Alarcon 3741818 50 1600 lb/h 50 Kg/12 h Manual No NoLaundry Cr. 42 # 54A-115 Itagu Juan Fernando Aristiza3725858 600 13000 lb/h SemiautomaticaCicln SiLavacolor Cl. 80 # 65-131 Medelln Ivn Franco 4426060 200 y 400 Automtica-AutCicln-CiclSi-SiLintex Cra. 51 #12Sur-164 Medelln Alejandro 2854597 150 Automtica-

tornillo sin finSi

Nubiola Colombia Pigmentos S.A.

Cl. 7 # 23C-10 Girardota Andrs Mauricio Osorio

4444646 ext 133

3x600 Automtica Si Si

Ospina Grasas y Pieles Cl 46 #78-523 Copacabana Edgar Zapata 4810340-4815988

150 Automtica Multicicln Si

Papelsa Vereda dos Quebradas Barbosa Juan Carlos Ortz 4057000/32 1200 Fuel-oil-carbn Automtica Ciclones Si

Pelco Cl 27 #41-163 Itagu Juan Vasco 3762525 250-350 Manual Si (verificar)SiPostelectras Dishierros Calle 59 # 44 80 Copacabana Clara Upegui 2747474 60 Manual No NoProductos Familia Aut. Sur Cr 50 # 85-117 Medelln Sr. Jorge Alberto 3609500 Grande 750 psi-12302ft2 Automtica Si Si

Proincol Ltda. Cra. 51 # 14 - 110 2652077 50 Manual No SiPropac Cra. 54 # 75 AB Sur 220Sabaneta Raul Arenas 2798888 400 Automtica Si SiSolla S.A. Cra. 49A # 24A - 34 Bello Augusto Vasquez 4548000 200 6800 lb/h 80-90 ton/mes Automtica Multicicln SiSulfoqumica Cl 55 # 46-85 Itagu Ing. Carlos M. Meja 2770064 50 17 Manual No NoTecnilavasept Cra. 50 # 25-243 Medelln Camilo Torres 2320950 200 150 psi 70 Manual Cicln NoTejicondor-Fabricato Vereda La Chicharra Barbosa Jaime Garca 4062555 1800 60000 lb/hr Automtica Multiciclone SiTelas y procesos Cl 25 41-145 Itagu Ana Cecilia Estrada 2812827 150 Manual No NoTeidos y acabados Ltda. Cl 25 # 41 - 125 Itagu Carlos Alberto

Londoo3723378-2818290

300 208 Automtica Si Si

Teimos (Guayabal) Cra 52 # 6Sur-69 Medelln Hernando Duque 2853511 3x150 Manual y 2 aut. No-si-si Si-si-siTermicid (Termimoda) Cra. 52 # 27A-65 Medelln Carlos Arturo Vlez 2651900 200 Automatica Multicicln siTermilenio Cl. 103 # 46-446 Copacabana Franklin Murillo 4533079 200-400 9 ton/da en tota SemiautomticaCicln-CiclSi-SiTextiles Balalaika Girardota Fabio Eusse 2893131 200 42 Automtica 2 ciclones Si

Tintexa Cl 72 45A - 25 Medelln Hctor Zapata 3737995 100 97 Automtica-eslavones

Cicln Si

Tintorera Servicolor Cl 12 # 52A - 215 Medelln Ivn Marn 2554644 1250000kcal/h-534hp

16000 lb/hr 9500kg/d Manual No No

Tintorera soviesky Carrera 45 30-42 Medelln Ovidio Ospina 2628298/2007

500 62,5 Automatica cicln No

Vicua S.A. Cl 30A #82A-50 Medelln Luis Fernando Alfonso

2382001-ext 370

400 300 Manual Multicicln Si

Calderas de 50 a 150 BHP 30Calderas mayores de 150 BHP 49


Distribucin de capacidades de las calderas a carbndel Valle de Aburr

49; 62%

30; 38%

Calderas de 50 a 150 BHP

Calderas mayores de 150 BHP

Figura 6. Distribucin de capacidades de calderas a carbn del Valle de Aburr

Despus de analizar la base de datos depurada, se observ la tendencia de las calderas a carbn a la implementacin de la alimentacin automtica y sistemas de control de emisiones, por lo tanto, en acuerdo con el estadstico, se decidi contar con estas dos condiciones para la seleccin de la muestra. Los resultados de la base de datos fueron los siguientes: De las 79 calderas que trabajan a carbn dentro de la jurisdiccin del rea Metropolitana del Valle de Aburr, existen 50 calderas en total, con alimentacin automtica y con sistema de control de emisiones. De estas 50 calderas, se tienen las siguientes poblaciones:

Rango 1; calderas con potencia entre 50 BHP y 150 BHP: 11 calderas Rango 2; calderas con potencias mayores a 150 BHP: 39 calderas

3. Visitas de sondeo a algunas empresas del rea con calderas a carbn. Se visitaron las siguientes empresas: Inversiones S y F Lavandera Suprema, la cual posee dos calderas a carbn con capacidades de 400 y 1000

BHP. Teidos y Acabados, la cual posee una caldera a carbn con capacidad de 300 BHP Telas y Procesos, que cuenta con una caldera a carbn con capacidad de 150 BHP

Se contact a los encargados del manejo de las calderas en estas empresas y se realiz un registro fotogrfico del tipo de alimentacin, los equipos de control y las plataformas de muestreo. De estas visitas de sondeo, se hizo un informe, el cual se envi al auditor del rea Metropolitana. 4. Seleccin de la muestra objeto de estudio. Analizando con el estadstico la informacin recopilada, se determin seleccionar inicial y aleatoriamente tres calderas, de acuerdo a la poblacin obtenida donde se harn dos muestreos isocinticos por caldera, para un total de 6 muestreos. Las empresas seleccionadas fueron:

Ospina Grasas y Pieles (caldera 150 BHP) Frigopor (caldera 80 BHP) Colorquimica (caldera 150 BHP)

De acuerdo a los resultados obtenidos con los muestreos realizados en estas calderas, se decidi realizar nuevos muestreos, ya que la empresa Frigropor S.A., no pudo hacer parte de la muestra, pues uno de los muestreos sobrepas el lmite de material particulado permitido segn el decreto 02 de 1982. Adicionalmente se seleccionaron otras tres empresas a muestrear para contar con 6 muestreos adicionales, por lo que se contara con 12 muestreos en total.

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Las nuevas empresas seleccionadas aleatoriamente fueron:

Teimos S.A. (150 BHP) Finca S.A. (150 BHP) Cipa S.A. (100 BHP) Tintexa S.A. (100 BHP)

5. Visitas de premuestreo y programacin de muestreos a las empresas seleccionadas. La programacin de los diferentes muestreos isocinticos fue realizada solicitando una cita mediante contacto telefnico con los representantes de las empresas, con el fin de realizar inicialmente una visita premuestreo para recopilar los datos especficos del equipo de combustin a muestrear. Durante las visitas de premuestreo, se acordaron las fechas de elaboracin de cada uno de los muestreos y se organiz la logstica de montajes y capacitacin en seguridad en las empresas donde se requeran. Posteriormente se informaba a la interventora de la programacin acordada con las empresas y de los requisitos necesarios para la entrada al sitio. Despus de contar con la logstica necesaria, se llevaban a cabo los muestreos isocinticos en presencia de la interventora del convenio, la cual fue realizada por personal de la empresa GSA Ltda. 6. Elaboracin de muestreos isocinticos

Mtodos de caracterizacin de fuentes de contaminacin atmosfrica.

La determinacin de la cantidad de un contaminante del aire, presente en una emisin atmosfrica, o en el aire ambiente, requiere de mucho cuidado y el uso de los equipos adecuados, puesto que en cualquiera de los casos, la concentracin del contaminante que interesa, es relativamente pequea.

Muestreo de los contaminantes en las emisiones

El mtodo consiste en tomar una muestra de la emisin que permita determinar la concentracin del contaminante y el flujo del gas portador, con el fin de calcular el flujo msico del contaminante; este muestreo se realiza con un muestreador de chimenea. La muestra debe tomarse cumpliendo con el requisito de no generar una separacin mecnica de los contaminantes con respecto al gas portador, en otras palabras la toma de la muestra debe realizarse a la misma velocidad en que son transmitidos los contaminantes en el ducto de muestreo; al cumplimiento de este requisito se le denomina muestreo isocintico. El porcentaje de isocinetismo debe estar en un rango de 90-110% y esta dado por la siguiente ecuacin:

s

n

VVmoIsocinetis 100% =

En la cual:

Vn = Velocidad de toma de muestra.

Vs = Velocidad de gases en la chimenea.

La muestra de gas que contiene el material particulado se succiona isocinticamente del ducto o chimenea por el cual se emite a la atmsfera, haciendo uso de una sonda acoplado a un tubo Pitot. El tubo Pitot tiene como propsito medir la presin de velocidad y as, calcular la velocidad de los gases en la chimenea o ducto donde se ste haciendo el muestreo. La boquilla de muestreo puede variarse, para as modificar la velocidad de succin de tal modo que se pueda garantizar la condicin de isocinetismo.

Cuando se presentan condiciones no isocinticas:

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20

Las partculas mayores tienden a moverse en la misma direccin inicial. Las partculas menores tienden a seguir las lneas de flujo. Las partculas intermedias sufren alguna deflexin.

6.1. Metodologa EPA Los muestreos isocinticos se realizan con base en la metodologa de la Agencia de Proteccin Ambiental de los Estados Unidos (USEPA) y en concordancia con ello, la legislacin colombiana, adopta esta metodologa, con la siguiente equivalencia: Mtodo 1 (Artculos 97, 98, 99, 100, 101, 102 del Decreto 02/82): seleccin del sitio de muestreo, determinacin del nmero de puntos y su localizacin en la chimenea. Mtodo 2 (Artculos 103, 104, 105, 106 del Decreto 02/82): Determinacin de la velocidad de las emisiones y flujo volumtrico del gas en la chimenea. Mtodo 3 (Artculos 107, 108, 109, 110 del Decreto 02/82): Anlisis de los gases en la chimenea para determinar el porcentaje de dixido de carbono (CO2), Oxgeno (O2), monxido de carbono (CO) y el peso molecular del gas seco. Mtodo 4 (Artculos 111, 112, 113, 114 del Decreto 02/82): Determinacin de la humedad contenida en los gases de la chimenea. Mtodo 5 (Artculos 115, 116, 117, 118 del Decreto 02/82): Determinacin de la emisin de partculas por la chimenea o ductos de fuentes fijas artificiales: Este mtodo consiste en lograr que la toma de muestra se realice en forma isocintica, requiere la adopcin de una estrategia de muestreo que incluye los mtodos del 1 al 5 definidos por la Agencia de Proteccin Ambiental de los Estados Unidos (EPA). Mtodo 8 : Determinacin de emisiones de acido sulfrico y dixido de azufre de fuentes fijas: El mtodo EPA 8 tiene como principio la aspiracin isocintica de una muestra de los gases de la fuente fija y hacerla pasar a travs de una solucin de isopropanol al 80% y de perxido de hidrgeno al 3%, los cuales sirven como sustancias absorbentes de los compuestos cidos que son emitidos por los procesos de combustin. Los mtodos EPA 5 y 8 requieren la medida del volumen del gas extrado, para determinar la concentracin de las partculas y las neblinas cidas emitidas a la atmsfera.

6.1.1. EPA Mtodo 1: Consiste en la seleccin del sitio de muestreo, determinacin del nmero mnimo de puntos y su localizacin en las chimeneas y ductos de fuentes puntuales. El lugar de medicin debe contar con las siguientes caractersticas tcnicas:

Plataforma de trabajo, con las caractersticas descritas en la Figura 7 Escalera de acceso a la plataforma de trabajo, Suministro de energa elctrica cercano a los puertos de muestreo.

Seleccin del sitio de muestreo.

El sitio de muestreo se ubica a una distancia de al menos, ocho dimetros de chimenea corriente abajo y dos dimetros de chimenea corriente arriba de una perturbacin al flujo normal de gases de combustin. Se entiende por perturbacin cualquier codo, contraccin o expansin que posee la chimenea o conducto. Cuando no sea posible cumplir con los requisitos sealados, se podr escoger un sitio intermedio, el cual no podr estar ubicado a una distancia menor que dos dimetros de chimenea o ducto, despus de una perturbacin, ni medio dimetro antes de la siguiente. En conductos de seccin rectangular, se utilizar el mismo criterio, salvo que la ubicacin de los puertos de muestreo se definirn de acuerdo con el dimetro equivalente del conducto.


BAABDe +=

2

Donde: De : Dimetro equivalente A : Largo B : Ancho

Figura 7: Requisitos para ejecucin de medicin de emisiones al aire desde fuentes fijas

Nmero mnimo de puntos de medicin

Cuando se cumple con el criterio de los ocho y los dos dimetros, el nmero mnimo de puntos ser: Doce (12), par eneas circulares o rectangulares con dimetro real o equivalente iguale o superiores a 0. Ocho (8), paraNueve (9), par Cuando no se se definir de atanto corrientedesde el nmeinterceptar la fique, para una para chimeneaTabla 5.

Al menos dos dimetros de chimenea por debajo de la cspide.

Al menos ocho dimetros de

chimenea sobre la ltima obstruccin.

Se deber contar con una fuente de energa elctrica

para conectar los equipos de medicin.

PLATAFORMA DE TRABAJO A. Plataforma con al menos 0,9 m de ancho (1,2 m para chimeneas con 3,0 m o ms de dimetro) y capaz de soportar el peso de 3 personas y de 100 kg. de equipo. B. La plataforma contar con pasamanos de seguridad y poseer acceso mediante escalera, adecuada para el efecto C. No debe existir ningn tipo de obstruccin a 0,9 m de distancia, por debajo de los puertos de muestreo.

PASAMANOS DE SEGURIDAD

a ductos o chim60 metros ductos o chimeneas circulares con dimetros reales entre 0.30 y 0.60 metros a ductos o chimeneas rectangulares con dimetros equivalentes entre 0.30 y 0.60 metros.

cumpla el criterio de los ocho y los dos dimetros, se escoger un nmero mayor de puntos, el cual cuerdo con la figura 9 para secciones circulares. En la figura, se determina las distancias existentes

abajo como corriente arriba desde los puertos de muestreo y se traza una lnea imaginaria vertical ro de dimetros de chimenea corriente arriba (Distancia A) y corriente abajo (Distancia B), hasta gura, y se seleccionar el mayor nmero de puntos de medicin indicado en la figura, de forma tal chimenea de seccin circular, el nmero de puntos de medicin sea mltiplo de cuatro. En cambio, s de seccin rectangular, la distribucin de puntos de medicin se definir en base a la matriz de la

21


Ubicacin de los puntos de medicin. Chimeneas de seccin circular: Para un nmero determinado de puntos de medicin, se dividir la seccin transversal de la chimenea o ducto en un nmero de reas circulares igual al nmero de puntos de medicin dividido 4, en cada rea se ubican puntos de medicin trasversales, localizados dentro de cada una de las reas. Figura 8 . La Tabla 2 presenta la ubicacin y localizacin de los puntos de muestreo, dando el porcentaje del dimetro de la chimenea desde la pared inferior hasta el punto de muestreo.

0.5

2

30

20

10

0

50

40

Dimetro de la chimenea = 0,30 a 0,61 m

Dimetro de la chimenea > 0,61 m

Perturbacin

Perturbacin

Dimetros de Ducto Corriente Abajo de Perturbacin del Flujo * (Distancia B)

Dimetros de Ducto Corriente Arriba de Perturbacin del Flujo * (Distancia A)

B

* Dedse el punto hasta cualquier tipo de Perturbacin (Codo, Expansin, Contraccin, etc. )

20

a24 o 25

543

8 o 9

1216

9876

aEl nmero mayor es para chimeneas o ductos de seccin rectangular

1.0

Sitio de Muestreo

A

2.01.5

a

10

2.5

Figura 8: Nmero de puntos de medicin para una chimenea o ducto de seccin

Tabla 5. Ubicacin de puntos de medicin en chimeneas o conductos de seccin circular.

NUMERO DE PUNTOS DE MEDICIN

DISTRIBUCIN DE PUNTOS

9 3 x 3 12 4 x 3 16 4 x 4 20 5 x 4 25 5 x 5 30 6 x 5 36 6 x 6 42 7 x 6 49 7 x 7

22


Nmero de puntos de medicin en un dimetro de chimenea Nmero de puntos

de medicin para

un dimetro 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

1 14,6 6,7 4,4 3,2 2,6 2,1 1,8 1,6 1,4 1,3 1,1 1,1

2 85,4 25,0 14,6 10,5 8,2 6,7 5,7 4,9 4,4 3,9 3,5 3,2

3 75,0 29,6 19,4 14,6 11,8 9,9 8,5 7,5 6,7 6,0 5,5

4 93,3 70,4 32,3 22,6 17,7 14,6 12,5 10,9 9,7 8,7 7,9

5 85,4 67,7 34,2 25,0 20,1 16,9 14,6 12,9 11,6 10,5

6 95,6 80,6 65,8 35,6 26,9 22,0 18,8 16,5 14,6 13,2

7 89,5 77,4 64,4 36,6 28,3 23,6 20,4 18,0 16,1

8 96,8 85,4 75,0 63,4 37,5 29,6 25,0 21,8 19,4

9 91,8 82,3 73,1 62,5 38,2 30,6 26,2 23,0

10 97,4 88,2 79,9 71,7 61,8 38,8 31,5 27,2

11 93,3 85,4 78,0 70,4 61,2 39,3 32,3

12 97,9 90,1 83,1 76,4 69,4 60,7 39,8

13 94,3 87,5 81,2 75,0 68,5 60,2

14 98,2 91,5 85,4 79,6 73,8 67,7

15 95,1 89,1 83,5 78,2 72,8

16 98,4 92,5 87,1 82,0 77,0

17 95,6 90,3 85,4 80,6

18 98,6 93,3 88,4 83,9

19 96,1 91,3 86,8

20 98,7 94,0 89,5

21 96,5 92,1

22 98,9 94,5

23 96,8

24 98,9

Tabla 6. Distribucin de puntos de medicin para una chimenea o ducto de seccin rectangular

Nota: Valores como porcentaje del dimetro de la chimenea, y a ser contados desde la pared interior de la chimenea hasta el punto de medicin.

Figura 9. Seccin trasversal de una chimenea circular dividida en 3 reas iguales, mostrando la

localizacin de 12 puntos de muestreo centrados en cada rea

6

5

4

3 2

1

23


Chimeneas de seccin rectangular.

Para un nmero determinado de puntos de medicin, se dividir la seccin transversal de la chimenea o conducto en un nmero de reas rectangulares igual al nmero de puntos de medicin determinado. Luego, cada punto de medicin se ubicar en el centro de cada rea rectangular definida. Ver Figura 10.

Figura 10. . Seccin trasversal de una chimenea rectangular dividida en 12 reas iguales, mostrando la localizacin de los puntos de muestreo centrados en cada rea

6.1.2. EPA Mtodo 2: Consiste en la determinacin de la velocidad de las emisiones y el gasto volumtrico en chimeneas o ductos. El procedimiento para determinar estas variables es el siguiente:

a. Uso de un tubo Pitot, del tipo estndar o del tipo S, para medir la presin dinmica de la corriente de gases de escape.

b. Medicin de la temperatura del gas dentro de la chimenea.

c. Barmetro para medir presin atmosfrica. d. Analizador de gases para determinar el peso molecular hmedo del gas en chimenea.

e. Clculo de la velocidad del gas.

f. Determinacin del rea transversal del ducto o chimenea.

Para la aplicacin del procedimiento, el tubo Pitot, previamente calibrado, se introduce en el ducto o chimenea, en cada punto de medicin seleccionado, y se toma lectura de la presin de velocidad. La velocidad promedio en el conducto o chimenea ser el valor obtenido, mediante la siguiente ecuacin, para el promedio aritmtico de todas las lecturas de presin de velocidad registradas.

MsPs

TsPCpKpV

** =

Donde:

V: velocidad del gas en chimenea (m/s ft/s)

24


Kp: constante de la ecuacin de velocidad (34,97 sistema internacional 85,49 unidades inglesas);

Cp: coeficiente del tubo Pitot, provisto por el fabricante (adimensional);

P: presin de velocidad promedio (mm. H2O in H2O) Ts: temperatura absoluta del gas en chimenea (K R)

Ps: presin total absoluta en chimenea = presin atmosfrica + presin esttica en chimenea (mm Hg in Hg)

Ms: peso molecular hmedo del gas en chimenea (g/g-mol libras/libra-mol)

El gasto volumtrico de la fuente fija de combustin se obtendr multiplicando la velocidad promedio del gas por el rea transversal del conducto o chimenea en el sitio de medicin.

6.1.3. EPA Mtodo 3: Consiste en analizar las emisiones de Dixido de carbono (CO2), Oxigeno (O2), Monxido de Carbono (CO) y el peso molecular del gas seco. Para este mtodo se usa un analizador de gases para determinar el contenido de dixido de carbono, oxgeno y monxido de carbono en los gases de escape. El analizador de gases podr ser cualquiera de los modelos disponibles localmente, tales como Fyrite, Orsat o analizadores con tecnologa de celdas electroqumicas. Se debe reconocer que algunos de estos instrumentos proveen resultados para dos de los tres parmetros requeridos, por lo que se aceptar el uso de cartas, figuras, nomogramas, ecuaciones, u otros medios, que permitan determinar el tercer parmetro a partir de dos parmetros conocidos. El peso molecular del gas seco (Md), se determinar mediante la aplicacin de la siguiente ecuacin:

)(%28.0)(%28.0)(%32.0)(%44.0 222 NCOOCOMd +++= El porcentaje de nitrgeno N2 se obtendr restando del 100%, el % de CO2, el % de O2 y el % de CO. Cuando no sea posible determinar el contenido de dixido de carbono, de oxgeno y de monxido de carbono en los gases de escape, se podr utilizar el valor de 30,0 (treinta) para el peso molecular seco, siempre que la fuente fija opere con combustibles fsiles slidos, lquidos o gaseosos.

6.1.4. EPA Mtodo 4:

Consiste en determinar el contenido de humedad en las emisiones. El procedimiento de medicin que se requiere para llevar a cabo la determinacin del contenido de humedad de las emisiones comprende: a. Extraccin de una muestra a un gasto constante

El equipo a utilizar ser, en diseo, igual al utilizado en el mtodo 5, para la determinacin de emisin de partculas. Se procurar que el volumen de gas colectado este entre 0,60 m3, a condiciones de referencia, y 0,020 m3 por minuto. b. Remocin de la humedad de la muestra

El equipo tiene una seccin llamada caja fra, la cual consiste en cuatro impingers (burbujeadores) o envases de vidrio, de los cuales los dos primeros se llenan con 100 ml de agua destilada, el tercero va vaco y el cuarto impinger ser llenado con 200 g de slica gel. Todos los impingers se encontrarn alojados en una caja, llena con hielo, a fin de permitir la condensacin de la humedad presente en los gases de chimenea. c. Determinacin gravimtrica y volumtrica de la humedad colectada

25


Posterior a la toma de muestra, se determinar el contenido de humedad mediante el incremento de volumen de agua colectada en los tres primeros impingers, y mediante el incremento de peso en el impinger llenado con slica gel. O mediante la diferencia de peso en cada impinger finalizando la medicin con respecto al peso previo al inicio de la misma. Los resultados que se obtengan, de volumen de agua colectada y de peso de agua colectada, sern corregidos a las condiciones de referencia. El contenido de humedad, en los gases de chimenea, ser la razn entre el volumen total de agua colectada dividido para dicho volumen ms el volumen de gas seco, este ltimo determinado por el equipo de muestreo.

)()(

).().().(

).().(2

RCmRCasgRCasg

RCasgRCabOH VVV

VVB ++

+=

Donde: BH2O= Humedad de los gases Vab(C.R), Vasg(C.R) = Volumen de agua recolectada en los burbujeadores y en la slica gel respectivamente a condiciones de referencia (m3) o (ft3) Vm (C.R) = Volumen de gas seco a condiciones de referencia (m3) o (ft3)

Como alternativa al mtodo descrito, sern aceptables los mtodos de estimacin tales como tcnicas de condensacin, tcnicas psicromtricas mediante temperatura de bulbo seco y de bulbo hmedo, clculos estequiomtricos experiencias previas, entre otros.

6.1.5. EPA Mtodo 5: Consiste en determinar las emisiones de partculas en chimeneas o ductos de fuentes fijas. Previo al muestreo se deben seleccionar y marcar con cuidado de no daarlos los filtros a utilizar. Se colocan en un desecador por un periodo de 24 horas y se pesan tanto el filtro a utilizar en el muestreo como el blanco expuesto en el campo de muestreo. La vidriera a utilizar se debe lavar con solucin jabonosa y enjuagar por varias veces con agua corriente, seguido de una adicin de mezcla sulfocrmica por 15 minutos, luego se retira la mezcla sulfocrmica, se aclara con agua corriente y con agua desionizada varias veces y se coloca en la estufa a secar a 100C. La recoleccin de la muestra se hace mediante el equipo denominado tren isocintico. Figura 11. Este equipo consiste de cuatro secciones principales: la sonda de captacin de partculas, la seccin del filtro (caja caliente), la seccin de condensacin de humedad o impingers (caja fra), y, la seccin de medidor de volumen de gas seco muestreado. Las mediciones a efectuarse debern incluir la descripcin tcnica del equipo y especificaciones del fabricante. El tren de muestreo esta conformado de las siguientes partes: Boquilla. La boquilla ser hecha de nquel, de acero inoxidable nquel-plateado, de cuarzo, o de vidrio de boro silicato. Sonda. Es un tubo metlico, recubierto de una resistencia que calienta la sonda para impedir la condensacin del vapor de agua. Sirve como soporte a un tubo interno de vidrio de cuarzo, por donde es trasportada la muestra. La sonda tiene adherido un tubo pitot en S para medir la cabeza de velocidad y un termopar para determinar la temperatura. La sonda se acopla a la boquilla por un extremo y por el otro va al modulo de muestreo. Modulo de muestreo. Este consta de una caja caliente y una fra.

Caja caliente. Esta caja en su interior tiene una resistencia para evitar que se deshaga el filtro por la condensacin de vapores de agua. En sta se coloca un porta filtro de vidrio de cuarzo y en l un filtro de fibra de vidrio descrito anteriormente. El porta filtro se conecta por uno de sus extremos con la sonda y por el otro con el primes impinger de la caja fra.

26


Caja fra. En ella el enfriamiento se logra por un bao de hielo. En sta caja se colocan 4 impingers. El primero se conecta por medio de un codo al porta filtro de la caja caliente y estos a su vez se conectan en serie, para recoger los condensados y remover la humedad del gas.

Cordn umbilical. Es un conjunto de cables electrnicos y conexiones de vaco y presin que conectan la sonda con el modulo de control. Modulo de control. Es la unidad que controla las operaciones del muestreo, esta compuesto por:

Dos manmetros en U para determinar cadas de presin, en el tubo pitot y en la placa de orificio Restato para el control de las resistencias de la sonda y la caja caliente Medidor de gas seco Bomba de vaco Manmetro de vaco Vlvulas de ajuste grueso y fino Interruptores para controlar la resistencia

Figura 11. Tren de muestreo isocintico para determinar material particulado

El muestreo se hace isocinticamente, esto es, la velocidad de succin del gas debe ser semejante a la velocidad de salida de estos por la chimenea. La condicin de isocinetismo aceptada deber estar comprendida entre 90 y 110%. La muestra de partculas ser colectada, en cada uno de los puntos de muestreo al interior de la chimenea, definidos con el mtodo 1, durante un perodo igual en cada punto, de tal forma que el periodo de muestreo sea mnimo de una (1) hora. En ningn caso el tiempo de muestreo, en cada punto, puede ser inferior a tres (3) minutos. El material particulado isocinticamente Previo a la ejecucin de las mediciones, se deber efectuar una prueba de fugas en el equipo de muestreo, una vez armado en el sitio. La prueba consiste en taponar la boquilla, luego se procede a encender el equipo verificando que todo el sistema elctrico funcione. Se apagan todos los interruptores excepto el de la bomba de succin. Se abre la vlvula de control grueso hasta que el indicador de vaco seale 381 mm de H2O o 15 in de H2O, si el medidor de gas seco no vara ms de 5.66*10-4 m3/min o 0.02 ft3/min se considera que no hay fugas al iniciar el muestreo. En caso contrario se deben chequear todas las conexiones hasta que la prueba de fugas de negativa. Con los datos obtenidos en los mtodos 1, 2 y 3 se procede a determinar el dimetro de la boquilla a utilizarse durante el muestreo, utilizando las siguientes ecuaciones.

27


2/12/1*

)1(**608

2

= PPsMhTs

BCpTmPmQmDn

OH S.I

2/12/1*)1(*

*0358.0

2

= PPsMhTs

BCpTmPmQmDn

OH U.S

OHOH BMdBMh 22 18)1( += Donde: Dn: Dimetro de la boquilla (mm) o (in) Qm: Flujo de gas a travs del medidor (m3/min) o (ft3/min). Normalmente es 0.017 m3/min o 0.6 ft3/min Tm: Temperatura en le medidor (k) o (R) Ts: temperatura en la chimenea (k) o (R) P: Presin de velocidad promedio del tubo pitot (mm H2O) (in H2O) Ps: Presin absoluta del gas de la chimenea (mm de Hg) o (in de Hg) Asumir la atmosfrica del sitio Pm: Presin absoluta del gas en el medidor (mm de Hg) o (in de Hg) Asumir la atmosfrica del sitio

OHB 2 : Contenido de humedad del gas en fraccin (Asumida o calculada) Md: Peso molecular del gas seco (g/gmol) o (lb/lbmol) Mh: Peso molecular del gas hmedo (g/gmol) o (lb/lbmol) Se procede luego a succionar el material particulado isocinticamente, para lo cual se calcula la diferencia de presin en el medidor de orificio con las lecturas de presin de velocidad y las temperaturas de los gases en la chimenea y el medidor.

= PTsTmKH

[ ] = PmPsMhMdBCpHDnK OH 2110*204.8 2@45 S.I

[ ] = PmPsMhMdBCpHDnK OH2172.846 2@4 U.S Donde: H: Diferencia de presin en el medidor de orificio (mm H2O) (in H2O) K: Factor de proporcionalidad que relaciona H y P para el muestreo isocintico Tm: Temperatura en le medidor (k) o (R) Ts: Temperatura en la chimenea (k) o (R) K: Coeficiente de proporcionalidad que relaciona P y H H@: Coeficiente del medidor de orificio que depende de la calibracin del medidor Cp: Coeficiente del tubo pitot, que depende de la calibracin del mismo Dn: Dimetro de la boquilla (mm) o (in) Despus se ajusta el flujo con las vlvulas de control hasta que el valor de H coincida con el valor calculado.

28


Para cada punto de medicin se lee la presin de velocidad y se lleva este dato a la ecuacin para obtener H. Este valor se consigue en la consola mediante la manipulacin de las vlvulas de control fino y grueso. una vez conseguida la presin de succin se determinan las siguientes variables para cada uno de los puntos.

Se lee el P y se ajusta H en cada punto Tiempo de muestreo en cada punto Volumen de la muestra tomada, indicada en el medidor de gas seco Temperatura de la chimenea Temperatura a la entrada y salida del medidor

Una vez finalizado el muestreo se retira cuidadosamente la soda del punto de muestreo y se sellan con cinta las bocas o entradas que queden descubiertas para traslada el equipo de muestre armado al laboratorio, donde se determina gravimtricamente la masa de partculas, esto es, mediante la diferencia de peso en filtro finalizando la medicin con respecto al peso previo al inicio de la misma y el peso de los impinger para hallar la humedad del gas. Adems, se determina el peso de aquellas partculas captadas en la sonda de muestreo. Para esto, se realiz

metodos epa informe proyecto isocinetico.pdf

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