Problemas 2do parcial Problema 4.32 Se ha observado que una planta de energa ya construida produce una concentracin de 20g/m3 a una distancia de 800m directamente en la la direccin del vieto desde la chimenea , cuando el viento sopla desde el norte a 4 m/s , durante una situacin de estabilidad clase C, mas adelante, se construy otra planta 200m al oeste de la planta original. Consume 4000 lb/h de aceite combustible que contiene un 0.5 por ciento de azufre. La segunda planta tiene una altura efectiva de chimenea de 60m, y no tiene controles de emisin del SO2. Para las mismas condiciones atmosfricas citadas, estimar el porcentaje de aumento de la concentracin de SO2 en el lugar situado en la direccin del viento debido a la segunda planta. DATOS Planta 1C1=20 g/m3 X=800m Direccin del viento: Norte u=4 m/s Estabilidad clase : C Planta 2 200m al oeste q=4000 lb/h 0.5 % de S H=60m Porcentaje de aumento de concentracin de SO2=? C Q u exp Bz C gm ms m m exp m gs Para el aumento de concentracin: Problema 4.33 La concentracin de acido sulfhdrico, H2S, es de 55 ppm en un lugar situado a 150 m en la direccin del viento desde un pozo de petrleo abandonado Cul ser la tasa de emisin de H2S del pozo, si los vientos son de 2.7 m/s en una tarde soleada de junio, en gramos por segundo? Suponga una emisin a nivel suelo. Datos Q= ?? g/s x= 150 m U= 2.7 m/s F=tarde soleada de junioC= 55 ppmLa ecuacin de conversin se basa en 25 C y 1 atm mg/m3 = (ppm X) (peso molecular) / 24.45(55)(34.1)/24.5= 76.551 mg/m3La concentracin a nivel del suelo a favor del viento desde una fuente puntual a nivel del suelo C(x,y,z)= exp [ ] Esta ecuacin se aplica a la concentracin a lo largo de la lnea central y a nivel del suelo, desde una fuente puntual tambin a nivel del suelo C(x,0,0)= y= 6z= 2.2 76.551 mg/m3 (150,0 ,0)= = 6,348.99 mg/sQ= 6.34899 g/s Problema 4.34 Un fuego que se consume a nivel del suelo emite monxido de nitrgeno a una tasa de 3.6 g/s. Se suponequeelfuegoesunafuentepuntualsinelevacinefectivadelapluma.Determnesela concentracindeNodirectamenteenladireccindelviento,aunadistanciade2.5kmenlas siguientescondicionesatmosfricas:a)nochenublada,velocidaddelviento6m/sb)noche despejada,velocidaddelvientode3m/s;yc)unatardeparcialmentenublada,velocidaddel viento de 4 m/s.

Para el inciso a: Noche nublada: Distancia: 2.5 Km=2500 m, vel. Viento=6 m/s, categora de estabilidad D, Para el inciso b: Noche despejada: Distancia: 2.5 Km=2500 m, vel. Viento=3 m/s, categora de estabilidad E, Para el inciso c: Tarde parcialmente nublada: Distancia: 2.5 Km=2500 m, vel. Viento=4 m/s, categora de estabilidad C, Problema 4.35 Seemitedixidodeazufreaunatasade0.9kg/sduranteunaatmosferadeestabilidad clase B, que tiene un gradiente de temperatura potencial de 0.010 C/m. La concentracin deSO2 enelgasdelachimeneaesde4g/m3ylatemperaturaypresindelgasdela chimenea 175C y 980 mbar,respectivamente. La velocidad del viento es de4.8 m/s y su temperatura es de 18 C. El dimetro de la chimenea en su parte superior es de 5.5 m, y se supone que las otras propiedades del gas de la chimenea son las mismas que las del aire. Determinar la elevacin de la pluma en metros, por encima de la chimenea, utilizando: a)La ecuacin de Holland vu0 Qvu ms mms ms m m Q mCT T Q K K m uvPRT Despejando Vs: v Vs=14.4 m/s b)La ecuacin de Carson Moses vu0 Q0 mmsms m c)La ecuacin modificada de Briggs Donde: Por lo tanto: d)La ecuacin modificada de Concawe Problema 4.38 Enelproblema4.6,secalculalaelevacinefectivadelaplumaparaunaatmosfera neutral,utilizandodosfrmulasempricas.Utilizardichasfrmulasparacalcularla elevacindelaplumaparalasmismascondiciones,exceptoquelaatmosferaesa) moderadamenteestableconungradientedetemperaturapotencialde0.003K/m,yb) estable con un gradiente de temperatura de 0.008 K/m. DATOS U= 3m/s Vs= 6m/s d= 2m Ta= 300K T= 440K SOLUCION: Problema 4.40 Dos hornos alimentados con carbn descargan a la misma chimenea que tiene una altura de 100m.Cadahornoquemacarbnalatasa de 250toneladascada24 horas.El aire para la combustin se suministra a una tasa de 10 lb por cada libra de carbn. Los gases salen de la chimenea a una velocidad de 20 pies/s y a 350 F. La temperatura atmosfrica alasalida esde 60F.Lavelocidaddelviento esde10millas/ha 10m.Supongauna atmosfera neutral. Calclese el valor de la elevacin de la pluma en metros empleando las ecuaciones de a) Holland, b) Concawe, c) Moses-Carson. Datos: Combustible: 250 ton/ 24h =10416.7 Kg/h Aire/combustible: 10lb/lb Vs = 20 Ft/s = 6.096 m/s Ts = 350 F = 449.67K Ta = 60 F = 288.55 K U = 10 millas/h = 4.4704 m/h Atmosfera neutral P = 1013 mbar (bibliografa) Suponiendo un dimetro de 3.5m (se propone de 3 a 5 m) Reaccin:C + O2 CO2 Masa de combustible: 10416.7 Kg/h x 1lb/0.454kg = 22944.3 lb/h combustible Moles de combustible: 22944.3 lb/h / 12 lb/lbmol = 1912.03 lbmol/h Masa de aire: 10 (M combustible) = 10 (22944.3 lb/h) = 229443 lbaire/h Moles de aire: 229443 lb/h / 28.84 lb/lbmol = 7955.72 lbmol/h Moles de O2: 7955.72 x 0.21 = 1670.7 lbmol O2/h Masa de O2: 1670.7 lbmol/h * 32lb/lbmol = 53962.4 lb O2/h Masa de CO2: 1912.03 lbmol C/h x 84129.3 lb/h * 0.454 kg/1lb= 38194.7 Kg/h a)Con la ecuacin de Holland b)Con la ecuacin de Concawe Calculo del Qh Qh = mCp(Ts Ta) El Cp para el CO2 lo tomamos de la bibliografa con un valor de 0.85 KJ/Kg K a 1013 mbar Qh = (38194.7 Kg/h / 3600 s/h) (0.85 KJ/Kg K)(449.67 288.55)K = 1453.01 KJ/s c)Con la ecuacin de Moses-Carson Los resultados ms parecidos se obtienen de las ecuaciones de Holland y Moses-Carson teniendounaelevacindelaplumade23a24mdealturadespusdesalirdela chiminea. Problema 4.41 Ungasconunacomposicinesencialmenteigualaladelairesaledeunachimeneaconuna velocidad de 10 m/s. La temperatura del gas es de 200C, y la temperatura atmosfrica en lo alto de la chimenea es de 0C. El dimetro de la chimenea es de 10 m. Determinarelvalordehparalaatmosferaneutralutilizandolaa)Ecuacin4.17,b)ecuacin 4.18, c) ecuacin4.19 d) ecuacin 4.20b y e) ecuacin 4.21. La velocidad del viento en lo alto de la chimenea es de 5 m/s. a) b)Se sustituye la ltima parte para obtener una mayor exactitud por: Entonces tenemos finalmente: c)

d) e) Problema 4.42 Los datos sig. Se aplican a una planta de energa de vapor que consume carbn : altura chimenea 200m, dimetro 9m, tasa de combustin del carbn 1.165x10^6 kg/da, suministro de aire 12 lb aire/lb carbn, temperatura del gasa la salida de la chimenea 150C, temperatura del aire ambiente a 350 m 7C, valor calrico del carbn 5250kJ/kg, contenido de azufre del carbn 3.1%, contenido de ceniza del carbn 8%, ceniza arrastrada a lo alto de la chimenea 80%, condiciones atmosfricas tiempo nublado durante el da, velocidad del viento 6m/s a una altura de 10m, gradiente de temperatura neutral.Calcular la altura efectiva de la chimenea a)ec.4.17 b)ec.4.18 C) ec4.19b y d)ec4.20b H=? h=200m D=9m Consumo de combustible Cc=1.165x10^6 kg/dia=13.4838kgcomb/s Relacin aire/combustible A/C= aire 12 lb aire/lb carbn=1 aire 12 kgaire/kg carbn Ts=1550C=423k Ta=7C a350m a 200m=4C z=8% u=6m/s a 10 mGasto masa de los gases de combustin Wg=wgCc Peso de los gases wg=A/C(1-z)=12(1-.8*.08*13.4838)=12.137kgaire/kgcomb m=Wg=12.137kgaire/kgcomb*13.4838kgcomb/s=163.653 kgaire/s Qh=mCp(Ts-Ta)= 163.653 kgaire/s(1.005KJ/kgK)(423-277)K=24012.8KJ/s Tomando R y Cp del aire y P=1atm Vs=4mRTs/(P* d^2)=4*163.653 kgaire/s*29.4m/K*423K/(1.0332*10^4kg/m^2**(9m)^2) =3.096m/s H=h+h a)h=-0.29Vsd/u+2.62*Qh^.5/uCarson y Moses h=-0.29*3.096*9/6+2.62*24012.8^.5/6=66.32 H=200+66.32=266.32m b) h=(Vsd/u)(1.5+0.0096*Qh/Vsd) Holland h=(3.096*9/6)(1.5+.0096*24012.8/3.096*9)=45.39m H=245.39m c)h=4.71Qh^0.444/u^0.694Concawe h=4.71*24012.8^0.444/6^0.694=119.65m H=319.65 d)h=0.35*Vsd/u+2.64Qh^0.5/u (neutral) h=0.35*3.096*9/6+2.64*24012.8^0.5/6=65.41m H=265.41m Problema 4.43 Se ha hecho un clculo de la concentracin de contaminantes en un lugar determinado, en la direccin del viento desde una fuente puntual. Este valor se ha de comprobar por un muestreo actual. Qu porcentaje de error, debido al muestreo solamente, se podra esperar en la muestra de concentracin, si el tiempo de muestreo es de a) 2 min, b) 20 min y c) 1 hora? Para correlaciones de los datos de para estimaciones de la dispersin atmosfrica, segn se ven los valores tpicos en los trabajos de Turner, conducen a concentraciones promediadas durante un intervalo de 10 min. Por lo tanto de acuerdo al problemaal tener un tiempo menor de 10 min tendremos un mayor porcentaje de error, debido a que a tcnicas de muestreo utilizada empleada algn otro intervalo, ser necesario ajustar los resultados pronosticados por un modelo de dispersin. Adems que de acuerdo a los muestreos que se hacen hasta ahora, los efectos del tiempo de muestro son extremadamente complejos. Por lo tanto a mayor tiempo de muestreo, de ms de unos cuantos minutos, en este caso como 60 min, existe una ecuacin. C2= Una concentracin deseada C1= concentracin calculada por la ecuacin de dispersin t 2= es el periodo de muestreo en minutos t 1= es 10 min q= un valor entre 0.7 y 0.2 Como vemos de acuerdo a la ecuacin tenemos un dato determinante de los 10 min. PROBLEMA 4.44 Una Larga lnea de desechos agrcolas que se quema en un campo se puede considerar como una fuentelinealinfinita.Enunatardedespejadadeotoo,lavelocidaddelvientoesde4.5m/s. Determnese la concentracin de partculas para los pequeos aerosoles arrastrados por el viento, a 600m en direccin del viento, si la fuerza de la fuente es de 0.23g/ms. DATOS X=600m U=4.5m/s Q=0.23g/ms WZ=40 Para una fuente linealde emisin infinita: !20 ,21exp2221ZZxHuqCWW T Dondeelsegundoterminoseconvierteenlaunidadpornoserunafuentepuntualaniveldel suelo.

3321215 . 101910 0195 . 15 . 4 40 223 . 0 2220 ,30 ,mgxmgsmmsgZxCm uqCQT W T!v ! ! !

Unalargalneadedesechosagrcolasquesequemaenuncamposepuede considerar como una fuente lineal infinita. En un a tarde despejada de otoo, lavelocidaddelvientoesde4.5m/s.Determneselaconcentracinde partculasparalospequeasaerosolesarrastradosporelviento,a600men la direccin del viento, si la fuerza de la fuente es de 0.23g/ms.Solucin: Datos: V= 4.5 m/s q=0.23g/ms z=600m De la ecuacin 4.260 ParaundadespejadodeotoolaestabilidadesclaseF.Delafigura4.7,a unadistanciade600menladireccindelviento,elvalordees9m. Sustituyendo los valores: