INTRODUCCION AL MEDIO AMBIENTE CONTAMINACIÓN ATMÓSFERICA. Docente: Josef Díaz (2022)

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INTRODUCCION AL MEDIO AMBIENTE CONTAMINACIÓN ATMÓSFERICA Docente: Josef Díaz LA ATMÓSFERA Es una mezcla compleja de gases y de partículas sólidas y líquidas en suspensión atraídas por la gravedad. En ella se producen todos los fenómenos climáticos y meteorológicos que afectan al planeta, regula la entrada y salida de energía a la tierra y es el principal medio de transferencia de calor. Dispone de mecanismos para difundir, dispersar o eliminar los contaminantes, pero su capacidad es limitada. Cuando se superan estos límites aparecen situaciones preocupantes como:  Calentamiento global  Efecto invernadero  Destrucción de la capa de ozono  Lluvias ácidas LA ATMÓSFERA COMPOSICIÓN Ha venido cambiando de manera gradual a lo largo del tiempo, debido a proceso naturales y a procesos antropogénicos. COMPOSICIÓN IMPORTANCIA DE LA ATMÓSFERA ESTRATOS DE LA ATMOSFERA TROPOSFERA ESTRATOSFERA MESOSFERA TERMOSFERA Fuentes de Contaminación Fuentes de Contaminación Natural Geológicos: Biológicos: Fuentes de Contaminación Natural Atmosféricas: Hidrosfera: Fuentes de Contaminación Natural Contaminantes Naturales del Aire Fuentes Artificiales o Antropogénicas Fuentes de Emisiones Antropogénicas Composicion del Aire según Condición MUESTRA DE CONTAMINACION DEL AIRE INVERSIÓN TÉRMICA LA ISLA DE CALOR Tipos de Contaminantes Tipos de Contaminantes Contaminantes Primarios CO CO SO SO Muy importante en la formación del smog fotoquímico e influye en las reacciones de formación y destrucción del ozono, tanto troposférico como estratosférico, así como en el fenómeno de la lluvia ácida. Las actividades humanas que los producen son, principalmente, las combustiones realizadas a altas temperaturas. Óxidos de nitrógeno NO Metano (CH ) Otros hidrocarburos Clorofluorocarburos CFC’s Partículas y Aerosoles Dioxinas Contaminantes secundarios Ozono troposférico Otros Contaminantes Dispersión de los contaminantes Dispersión de los Contaminantes METODOS DE LA MEDICION DEL AIRE MUESTREO PASIVO MUESTREO ACTIVO MÉTODOS AUTOMÁTICOS MÉTODOS ÓPTICOS DE PERCEPCIÓN REMOTA . APLICACIONES CLAVE MÉTODOS DE CORRECCIÓN EN LA FUENTE LIMPIEZA DE EMISIONES GASEOSAS CONTROL DE GASES Y OLORES ADSORCIÓN COMBUSTIÓN . CONTROL DE PARTÍCULAS CONTROL FUENTES MOVILES CONTROL FUENTES MOVILES

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INTRODUCCION AL MEDIO AMBIENTE CONTAMINACIÓN ATMÓSFERICA

Docente: Josef Díaz

(2)

LA ATMÓSFERA

Es una mezcla compleja de

gases y de partículas sólidas

y líquidas en suspensión

atraídas por la gravedad. En

ella se producen todos los

fenómenos climáticos y

meteorológicos que afectan

al planeta, regula la entrada

y salida de energía a la

tierra y es el principal medio

de transferencia de calor.

(3)

Dispone de mecanismos para difundir, dispersar o eliminar los contaminantes, pero su capacidad es limitada.

Cuando se superan estos límites aparecen situaciones preocupantes como:

Calentamiento global

Efecto invernadero

Destrucción de la capa de ozono

Lluvias ácidas

LA ATMÓSFERA

(4)

COMPOSICIÓN

Gas Composición química

Porcentaje (por volumen

de aire seco)

Nitrógeno N2 78.08

Oxigeno O2 20.95

Argón Ar 0.93

Neón Ne 0.0018

Helio He 0.0005

Hidrogeno H2 0.00005

Xenón Xe 0.000009

Ha venido cambiando de manera gradual a lo largo del tiempo, debido a proceso naturales y a procesos antropogénicos.

Tabla 1. Gases permanentes cerca de la superficie de la tierra (~80 Km)

(5)

Sustancia

Composición química

Porcentaje (por volumen

de aire seco)

ppm (partes por

millón)

Vapor de agua H2O 0 - 4 ---

CO2 CO2 0.035 350

Metano CH4 0.00017 1.7

Oxido nitroso NO2 0.00003 0.3

Ozono O3 0.000004 0.04

Materia

particulada --- 0.000001 0.01 Clorofluorocar

bonos (CFC's) --- 0.00000001 0.0001

COMPOSICIÓN

Tabla 2. Sustancias variables cerca de la superficie de la tierra

Mas del 99% de su masatotal se encuentra dentrode aproximadamentelos primeros 50 km dealtitud.

(6)

IMPORTANCIA DE LA ATMÓSFERA

Capa protectora

Fuente de dióxido de carbono y oxígeno

Fuente de nitrógeno

Transporta agua

Filtra, absorbe y re- absorbe la radiación electromagnética del sol

(7)

ESTRATOS DE LA ATMOSFERA

La atmosfera se estratifica de acuerdo con la relacióntemperatura-densidad, como resultado de las interaccionesentre los procesos físicos y fotoquímicos en el aire .

(8)

TROPOSFERA

Capa mas baja (10-16 km).

La composición de los gases permanentes es generalmente homogenea.

Temperatura decrece con altitud (-56 °C)

Existe una mezcla constantede las masas de aire

(9)

ESTRATOSFERA

Se extiende hasta unos 50 km a partir de la tropopausa.

La temperatura aumenta con la altura debido a los proceso de absorción de radiación UV por la rica capa de ozono (20-50 km).

La temperatura llega a unvalor máximo (-2 °C)comparable a la temperaturaterrestre.

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MESOSFERA

A partir de la estratopausa, la temperatura desciende (-90°C, 80 km) debido a la usencia de especies absorbentes de radiación.

La velocidad del viento alcanza valores de hasta 150 m/s.

Regiones mas altas predominaniones y moléculas.

(11)

TERMOSFERA

Se extiende hasta los límites exteriores lejanos (500 km).

La temperatura se

incrementa (1,200 °C).

Ocurre la disociación e ionización de las moléculas constituyentes del aire.

El O2 se encuentra en formaatómica (200 km) y es elprincipal constituyente.

(12)

Fuentes de Contaminación

Los contaminantes presentes en la atmósfera proceden de dostipos de fuentes emisoras bien diferenciadas: las naturales y lasantropogénicas. En el primer caso la presencia de contaminantesse debe a causas naturales, mientras que en el segundo tiene suorigen en las actividades humanas.

(13)

Fuentes de Contaminación Natural

Se deben a procesos geológicos, biológicos, de la hidrosfera o atmosféricos.

Geológicos:

Erupciones volcánicas (SO2, CO2, H2S y cenizas)

Emisiones de gases del suelo CH4, NO, etc.

(14)

Biológicos:

Respiración seres vivos Fermentaciones Incendios forestales Polinización vegetal

Fuentes de Contaminación Natural

(15)

Atmosféricas:

Descargas eléctricas en las tormentas que liberan

óxidos de nitrógeno

Hidrosfera:

Liberación de gases en los océanos CO, CO2, CH4

Fuentes de Contaminación Natural

(16)

Contaminantes Naturales del Aire

Fuente Contaminantes

Volcanes Óxidos de azufre, partículas

Fuegos forestales Monóxido de carbono, dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno, partículas

Vendavales Polvo

Plantas (vivas) Hidrocarburos, polen Plantas (en descomposición) Metano, sulfuro de hidrógeno

Suelo Virus, polvo

Mar Partículas de sal

(17)

Fuentes Artificiales o Antropogénicas

Proceden de las distintas actividades humanas.

Destaca especialmente la combustión de combustibles fósiles y sus derivados, las actividades agrícolas y ganaderas, la quema de bosques para aumentar el suelo agrícola, la emisión de gases por los fertilizantes (N2), por el ganado (CH4 producido en el tubo digestivo).

Una fuente de emisión que está creciendo esla incineración de residuos sólidos, cuyapráctica produce emisiones de CO, CO2,NOx, SO3, dioxinas, etc.

(18)

Procesos industriales Focos fijos

Industriales

Instalaciones fijas de combustión Domésticos Instalaciones de calefacción

Focos móviles

Vehículos automóviles

Aeronaves

Buques

Focos compuestos Aglomeraciones industriales Áreas urbanas

Fuentes de Emisiones Antropogénicas

(19)

Focos de Emisión

Contaminante Antropogénicos

%

Naturales

%

Aerosoles 25.1 74.9

SOx 42.9 57.1

CO 9.4 90.6

NO 11.3 88.7

HC 15.5 84.5

(20)

Composicion del Aire según Condición

(21)

Día limpio Día moderadamente contaminado

MUESTRA DE CONTAMINACION DEL

AIRE

(22)

Normalmente, el aire de las capas bajas es más caliente que el de las superiores, lo cual le lleva a ascender hasta enfriarse. Ello permite una continua circulación atmosférica en sentido vertical que renueva el aire de las diferentes capas.

La inversión térmica es un fenómeno meteorológico que se da en las capas bajas de la atmósfera terrestre. Consiste en el aumento de la temperatura con respecto a la altitud en una capa de la atmósfera.

INVERSIÓN TÉRMICA

(23)

Comúnmente se da el fenómeno de elevación de la temperatura en zonas urbanas densamente pobladas, causado por una combinación de factores tales como la edificación, la falta de espacios verdes, los gases contaminantes o la generación de calor.

Se ha observado que el fenómeno de la isla de calor aumenta con el tamaño de la ciudad y que es directamente proporcional al tamaño de la población urbana.

LA ISLA DE CALOR

(24)

Tipos de Contaminantes

Se pueden hacer distintas clasificaciones:

Radiaciones ionizadas Radiaciones no ionizadas

Contaminación sonora

Gases Partículas

Olores Sustancias

químicas Formas de

energía Según la

naturaleza del contaminante

(25)

Inocuos Nocivos Según la Toxicidad del contaminante

Son los contaminantes primarios más la radiación

solar o el vapor de agua Secundarios

Primarios Según la Procedencia

del contaminante

Tipos de Contaminantes

(26)

Contaminantes Primarios

Proceden directamente de la fuente de emisión y se encuentran tal y como fueron emitidos.

Sus fuentes son perfectamente identificables y en conjuntosupone un alto porcentaje de los contaminantes del aire.

(27)

Dada su presencia natural en la atmósfera y su falta de toxicidad, no deberíamos considerarlo una sustancia que contamina, pero se dan dos circunstancias que lo hacen un contaminante de gran importancia en la actualidad:

 Es un gas que retiene rayos UV y produce el efecto invernadero; y

 Su concentración está aumentando en los últimos decenios, por la quema de los combustibles fósiles y de grandes extensiones de bosques.

CO

2

(28)

 Alrededor del 90% del CO que existe en la atmósfera se forma de manera natural, en la oxidación de metano (CH4) por reacciones fotoquímicas. Se va eliminando por su oxidación a CO2.

 La actividad humana lo genera en grandes cantidades siendo después del CO2, el contaminante emitido en mayor cantidad a la atmósfera por causas no naturales.

 Procede, principalmente, de la combustión incompleta de la gasolina y el gasoil en los motores de los vehículos.

CO

(29)

SO

x

SO

2

Incluyen el dióxido de azufre (SO2) y el trióxido de azufre (SO3).

Su vida media en la atmósfera es corta, deunos 2 a 4 días. Casi la mitad vuelve adepositarse en la superficie húmedo o secoy el resto se convierte en iones sulfato(SO42-).

(30)

NOx (conjunto de NO y NO2)

Muy importante en la formación del smog fotoquímico e influye en las reacciones de formación y destrucción del ozono, tanto troposférico como estratosférico, así como en el fenómeno de la lluvia ácida.

Las actividades humanas que los producen son, principalmente, las combustiones realizadas a altas temperaturas.

Óxidos de nitrógeno NO

x

(31)

Es un contaminante primario que se forma de manera natural.

Su vida media en la troposfera es de entre 5 y 10 años. Contribuye al efecto invernadero.

Metano (CH

4

)

Otros hidrocarburos

En la atmósfera están presentes muchos otros hidrocarburos, principalmente procedentes de fenómenos naturales y los relacionados con la extracción, el refino y el uso del petróleo y sus derivados.

Sus efectos sobre la salud son variables. Algunos hidrocarburos afectan al sistema respiratorio y podrían causar cáncer p. ej.

benceno.

Intervienen de forma importante en las reacciones que originan el

"smog" fotoquímico.

(32)

Moléculas orgánicas formadas por átomos de Cl y F unidos a C.

Por ejemplo CCl3F (Freón-11) o CCL2F2 (Freón-12). Se han utilizado mucho en los “Sprays", refrigeradores y aires acondicionados, etc. Son los principales responsables de la destrucción de la capa de ozono.

Clorofluorocarburos CFC’s

(33)

 En la atmósfera permanecen suspendidas substancias muy distintas como partículas de polvo, polen, hollín (carbón), metales (plomo, cadmio), etc.

Partículas y Aerosoles

 Se suele usar la palabra aerosol para referirse a los materiales muy pequeños, sólidos o líquidos.

 Se suele llamar polvo a la materia sólida de tamaño un poco mayor(de 20 micras).

(34)

 Son compuestos químicos obtenidos a partir de procesos de combustión que implican al cloro. El término se aplica indistintamente a las policlorodibenzofuranos (PCDF) y las policlorodibenzodioxinas (PCDD).

Las dioxinas y los furanos se producen principalmente de dos maneras:

1. En el proceso de fabricación de algunos pesticidas, conservantes, desinfectantes o componentes del papel;

2. Cuando se queman a bajas temperaturas materiales como algunos productos químicos, gasolina con plomo, plástico, papel o madera.

Dioxinas

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Contaminantes secundarios

Se generan a partir de los primarios al reaccionar entre sí o con la radiación solar o el vapor de agua.

No provienen directamente de los focos emisores y poseen un gran poder oxidante.

Son los responsables de ladenominada contaminaciónfotoquímica.

(36)

El que se encuentra en la zona más cercana a la superficie se forma por reacciones inducidas por la luz solar en las que participan, principalmente el oxigeno molecular, los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos presentes en el aire (COV).

Es el componente más dañino del smog fotoquímico y causa daños importantes a la salud, cuando está en concentraciones altas, y frena el crecimiento de las plantas y los árboles.

Ozono troposférico

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En la atmósfera se encuentran una serie de contaminantes que se presentan más raramente, pero que producen efectos negativos sobre la atmósfera.

 Otros derivados del azufre.

 Halógenos y sus derivados.

 Arsénico y sus derivados.

 Componentes orgánicos.

 Partículas de metales pesados y ligeros, como el plomo, mercurio, cobre, zinc.

 Partículas de sustancias minerales, como el amianto y los asbestos.

 Sustancias radioactivas.

Otros Contaminantes

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Dispersión de los contaminantes

Hay que distinguir entre:

EMISIÓN: Cantidad de contaminantes que vierte un foco emisor en un periodo de tiempo determinado. Se mide a la salida del foco emisor.

INMISIÓN: Cantidad de contaminantes presentes en una atmosfera determinada, una vez transportados, difundidos, y mezclados en ella.

Emisiones

Inmisiones

(39)

Dispersión de los Contaminantes

1. La mayor parte de los contaminantes se difunden en la parte baja de la troposfera, donde interactúan entre sí y con los demás compuestos presentes, antes de su deposición.

2. Otros ascienden a alturas

considerables y son

transportados hasta lugares muy alejados del foco emisor.

3. Un tercer grupo, más reducido, puede llegar a traspasar la tropopausa e introducirse en la estratosfera.

1 3

2

(40)

Existen muchas formas de medir la contaminación del aire los cuales abarcan métodos químicos simples ó métodos de algunas técnicas electrónicas más sofisticadas.

De manera general podemos distinguir cuatro métodos principales para medir la contaminación del aire.

METODOS DE LA MEDICION DEL AIRE

(41)

MUESTREO PASIVO

Se denomina muestro pasivo porque los equipos de muestreo no tienen sistema de bombeo alguno. En lugar de ello el flujo de aire se controla por un proceso físico, tal como la difusión.

Los tubos tienen una longitud de 71mm con un diámetro interno de 11mm.

(42)

MUESTREO ACTIVO

En estos métodos se bombea un volumen conocido de aire a través de un colector (un filtro a una solución química) por un periodo de tiempo conocido, El colector se remueve del sistema de bombeo y es mas tarde analizado en el laboratorio.

Equipo básico para el muestreo de partículas: 1.- Sostenedor del filtro, 2.

Medidor del flujo, 3. Bomba, 4.- Batería

(43)

MÉTODOS AUTOMÁTICOS

Estos métodos son los mejores en términos de la alta resolución de sus mediciones, permitiéndonos la realización de un monitoreo continuo para concentraciones muy bajas.

El espectro de contaminantes que sepueden determinar van desde loscontaminantes criterio (CO, SO2, NO2,O3) hasta tóxicos en el aire como elplomo y los compuestos orgánicovolátiles.

(44)

MÉTODOS ÓPTICOS DE PERCEPCIÓN REMOTA

Estos métodos se basan entécnicas espectroscópicas. Conellos es posible hacermediciones en tiempo real dela concentración de un buennúmero de contaminantesentre los que se incluyen NO2 ySO2

.

(45)

APLICACIONES CLAVE

Análisis de la tendencia de la calidad del aire ambiente.

Validación de modelos de dispersión.

Evaluación de las acciones implementadas para reducir las emisiones.

Evaluación de los riesgos a la salud.

Evaluaciones de impacto ambiental.

Identificación de fuentes de contaminación del aire y suelo.

Impacto de las emisiones provenientes de procesos y zonas industrials.

Mantenimiento de los objetivos decalidad del aire.

(46)

El control de los contaminantes en la fuente se puede lograr de varias formas:

 Cambios en las materias primas.

 Cambios operacionales.

 Modificación o remplazamiento de equipos de producción, y/o por medio de una operación mas efectiva de los equipos existentes.

MÉTODOS DE CORRECCIÓN EN LA FUENTE

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Cuando los métodos de corrección en la fuente no pueden ser aplicados entonces el control de los contaminantes se hace en los gases efluentes usando técnicas de limpieza de gases.

Estas incluyen muchas de las técnicas ingenieriles que en el presente forman la parte principal de la tecnología del control de la contaminación del aire.

LIMPIEZA DE EMISIONES GASEOSAS

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ABSORCIÓN: Basados en el principio de la absorción, transfieren el contaminante de la fase gaseosa a liquida. Esto es un proceso de transferencia de masa en el cual el gas se disuelve en el líquido. El contaminante gaseoso se mueve de puntos de alta concentración a puntos de baja, y la remoción del gas contaminante se lleva a cabo en tres fases:

Difusión del gas hacia la superficie del líquido

Disolución: transferencia de la interface gas- líquido

Difusión del gas disuelto de la interface hacia el liquido.

Los equipos utilizados son cámaras y torres o columnas de rocio.

CONTROL DE GASES Y OLORES

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ADSORCIÓN

Este es también un proceso de transferencia de masa, en el cual el gas se pega a un sólido por medio de fuerzas electrostáticas.

Los adsorbentes mascomúnmente usados son: silicagel, alúmina activada, carbonoactivado, sedasos moleculares.

(50)

COMBUSTIÓN

Es un método de control cuando el contaminante es oxidable a un gas inerte. De manera general el CO y los hidrocarburos caen en esta categoría.

Las aplicaciones mascomerciales son combustióndirecta y combustióncatalítica

.

(51)

CONTROL DE PARTÍCULAS

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CONTROL FUENTES MOVILES

La modificación de las máquinas por si solas no es suficiente para el control de contaminantes. Para alcanzar los estándares de emisión, se coloca un reactor catalítico externo a los vehículos. La función de este es promover reacciones que conviertan NOx a NO2, CO a CO2, hidrocarburos a CO2 y H2O.

Otro de los alcances implementado paradisminuir la contaminación del aire incluyela modificación de combustibles, y lareduccion de la presión del vapor de lagasolina a fin de reducir la emision dehidrocarburos.

(53)

La bondad de estos implementos es significativa, sin embargo al igual que otros aspectos de la conducción de un automóvil, estos equipos se desgastan y fallan.

Debido a que la falla no limita la operación del automóvil, no son reparados por los propietarios, por lo que los programas de control de la calidad del aire deben de contemplar programas de inspección para asegurar que estos dispositivos funcionan.

CONTROL FUENTES MOVILES

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RESUMEN DE LA CONTAMINACION ATMOSFERICA

Capa protectora

Estratos de la Atmosfera

Fuentes de Contaminación Naturales y Artificiales

Tipos de Contaminantes Primarios y Secundarios

Mediciones de Aire

Limpieza de Emisiones

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Author: Rob Wisoky

Last Updated: 06/06/2022

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